*機(jī)器人抓持器的發(fā)展旨在通過(guò)可控的黏附力和摩擦力實(shí)現(xiàn)高效取得了一定進展、靈活和穩(wěn)定的物體操控。例如大面積，具有強(qiáng)摩擦力和弱黏附力的柔性附著墊積極參與，可以實(shí)現(xiàn)可靠和高效的晶圓運(yùn)輸。具有光滑足墊的昆蟲(chóng)有望，例如蟑螂進一步推進、蝗蟲(chóng)、螽斯等方案，可以實(shí)現(xiàn)高度動(dòng)態(tài)的附著和分離應用的選擇，即在奔跑和跳躍等高速運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)足墊的強(qiáng)摩擦和弱黏附。因此左右，理解和模擬昆蟲(chóng)光滑足墊的增摩結(jié)構(gòu)可以促進(jìn)具有攀爬和抓握功能的機(jī)器人發(fā)展大幅增加。

近日，南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院姬科舉副研究員/戴振東教授課題組根據(jù)仿生原理設(shè)計(jì)和制造了一種可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)摩擦力和弱黏附力的仿生柔性附著機(jī)構(gòu)傳承，靈感來(lái)自于昆蟲(chóng)光滑足墊的內(nèi)部角質(zhì)層結(jié)構(gòu)等特點。對(duì)于動(dòng)物來(lái)說(shuō)，通過(guò)足肢抓住和操縱物體多種，從而實(shí)現(xiàn)與環(huán)境之間的高效互動(dòng)對(duì)于它們的生存至關(guān)重要將進一步。經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的發(fā)展，這些末端效應(yīng)器發展成就，例如人類(lèi)的手成就、昆蟲(chóng)的腳、章魚(yú)的觸須和貓的爪等開展面對面，已經(jīng)進(jìn)化出不同的結(jié)構(gòu)和功能以適應(yīng)環(huán)境挑戰(zhàn)系統。其中非常重要，昆蟲(chóng)因其強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)能力成為了仿生機(jī)器人領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究對(duì)象。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)昆蟲(chóng)光滑足墊的高適應(yīng)性空間廣闊、高摩擦力和弱黏附力來(lái)自于其圓弧表面和內(nèi)部樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)的共同作用營造一處，并且其表面與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的參數(shù)對(duì)于摩擦性能存在最佳值。該研究通過(guò)仿生設(shè)計(jì)原理實(shí)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單的增摩減黏柔性附著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略知識和技能，為機(jī)器人抓持器與附著單元的設(shè)計(jì)與制造提供了新思路取得顯著成效。

相關(guān)研究成果以“Insect-inspired design strategy for flexible attachments with strong frictional force and weak pull-off force"為題發(fā)表在國(guó)際摩擦學(xué)領(lǐng)域著名期刊《Tribology International》上（SCI一區(qū)，Top期刊實現，IF=6.20）不容忽視。南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院博士研究生趙家輝為第一作者，南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院姬科舉副研究員與戴振東教授為共同通訊作者服務體系。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委的大力支持說服力。

本研究設(shè)計(jì)的仿生柔性墊采用硬質(zhì)模板法制備，所有模具均使用摩方精密microArch® S140（精度：10μm）光固化3D打印設(shè)備制造分析，制造工藝原理圖如圖1a所示保持競爭優勢。仿生柔性墊的表面粗糙度、接觸角和楊氏模量分別采用激光共聚焦顯微鏡發展機遇、接觸角測(cè)試儀和萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試（圖1b和c）長效機製。摩擦和黏附性能由Bruker的UMT-2測(cè)得，具體步驟如圖1d和e全技術方案。

圖1 a）通過(guò)模具澆筑制造仿生柔性墊的過(guò)程示意圖分享；b）仿生柔性墊的表面粗糙度和疏水性；c）商用PDMS的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)信息化；d） 受抑光在試驗(yàn)臺(tái)中的全反射圖方式之一；e） 本研究中使用的摩擦測(cè)量程序示意圖和測(cè)試平臺(tái)的照片。

自然界中存在著多種不同粗糙度的表面新型儲能，包括許多植物的葉子創新能力、巖石表面和樹(shù)干表皮等。昆蟲(chóng)的足墊可以很好地適應(yīng)這些表面并以此為基底來(lái)為自己提供顯著的動(dòng)力（圖2a範圍、d和g）求得平衡。這些昆蟲(chóng)的摩擦墊部分由四個(gè)半球形的跗墊（圖2b、e和h）組成空間廣闊，這一特征幾乎普遍存在于所有光滑的昆蟲(chóng)足墊中至關重要，包括蟋蟀和竹節(jié)蟲(chóng)等。內(nèi)部結(jié)構(gòu)的橫斷面掃描電鏡圖像（圖2c服務品質、f和i）顯示了昆蟲(chóng)具有均勻厚度的光滑膜狀表皮的發生，并且在內(nèi)膜層以下均勻分布著縱向排列的樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)。

圖2 螽斯影響、蝗蟲(chóng)和蟑螂的足墊結(jié)構(gòu) a新的動力、d的過程中、g）螽斯、蝗蟲(chóng)和蟑螂的攀爬抓握形態(tài)廣泛關註；b促進進步、e、h）足墊的腹面視圖鍛造；c、f持續創新、i）足墊接觸區(qū)域的橫截面改善。

為了闡明表面曲率對(duì)摩擦行為的影響，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了三種曲率分別為0協調機製、10和20m-1的實(shí)心墊重要的角色，分別命名為S0、S1和S2向好態勢。摩擦性能測(cè)試結(jié)果顯示平臺建設，隨著表面曲率的增大，材料的角度適應(yīng)性變好貢獻力量，并且不會(huì)出現(xiàn)粘滑失效現(xiàn)象使用。然而，對(duì)于實(shí)心墊來(lái)說(shuō)發行速度，表面曲率增大會(huì)使其實(shí)際接觸面積減小更加堅強，從而導(dǎo)致摩擦力大幅度降低，結(jié)果如圖3所示性能。