攀岩鱼附着滑行的壮举及其灵感

水下“交通”涵盖了各种各样令人着迷的生物，从有着优雅游泳姿势的鱼类到喷射推进的水母和搭乘其他生物的鳉鱼。其中，一种被称为“水下壁虎”的非凡物种——攀岩鱼(Beaufortia kweichowensis)脱颖而出。这种非凡的生物拥有一套独特的能力——它可以像滑冰者一样沿着水下表面快速滑动，逆​​着水流爬行，并以非凡的附着力牢固地粘附在固定位置。

近日，科学院沉阳自动化研究所刘连清研究员领导的研究团队与成都生物研究所、医科大学、清华大学、大学等机构合作，揭示了攀岩鱼动态粘附和快速爬行运动背后严密保守的秘密。该团队还受攀岩鱼的启发，设计了一款水下仿生粘附滑动机器人。这种创新的机器人可以在移动的船模上实现紧密附着，并在水下平稳滑动。

研究团队强调，Climbot 令人印象深刻的粘附能力使其能够以相当于其重量 1000 倍的力粘附，同时以每秒 7.83 倍其身体长度的速度完成惊人的滑行。这种独特的动态自适应粘附能力背后的机制长期以来一直是一个谜，吸引着水下机器人领域的研究人员。平衡大量的表面附着力与敏捷的滑动是一项重大挑战，因为附着力的增加通常会导致表面接触应力增加。

刘教授说：“通常，可逆的水下粘附依赖于负压粘附机制，攀岩鱼也采用这种系统。然而，谜团在于，其他生物，如鳉鱼和章鱼，也利用负压附着力，无法像攀岩鱼那样进行水面滑行。”

攀岩鱼具有非凡的附着滑行能力的秘密在于其吸盘边缘的刚毛结构。这些刚毛直径为 4-6 微米，长度为 12-14 微米，在斯特凡力的影响下，将与水的接触区域转化为“粘性”凝胶状物质，将吸盘牢固地附着在表面上，并产生动态水封。这种独特的吸盘可以被动地使其柔软的腹部变形以抵消外部脱离力，或者主动收缩腹部以产生强大的粘附力，将自身牢固地固定在特定位置。此外，接触界面上存在的水膜在运动过程中充当“润滑膜”，减少摩擦阻力，有利于表面平滑滑动。

受此发现启发，研究团队成功利用微纳光刻和成型技术制造刚毛阵列，将其集成到3D打印的软吸盘中，并结合控制单元，设计并制造了水下粘附滑动装置Climbot。机器人。Climbot 可以紧紧地附着在移动的船模型的表面上，并在水下毫不费力地滑行。

这项开创性的研究展示了一种新颖的水下运动方式，“Climbot”水下吸力爬行机器人技术的潜在应用在海洋科学、水下勘探和海洋工程等领域具有广阔的前景。