南京航空航天大学开发“毒液”材料，受壁虎启发适用各种表面，机器人爬墙如履平地！

蜘蛛侠可以在高楼上飞檐走壁，全靠他手上粘性十足的蜘蛛丝。

机器人是否也能拥有这种能力？

这就需要一种能够在各种光滑或粗糙表面上粘附和松开自如切换、并具有耐用性和高动态摩擦力的材料，它可以让机器人无需外力和驱动设备就能在各种表面上有效移动。

最近，这种材料诞生了，它还有个响亮的名字——“毒液”。

不好意思放错了，虽然和漫威的角色毒液同名，但它长得可爱多了，底部的黑色材料就是毒液本液啦。

它可以附着在各种表面上：粗糙的墙壁、混凝土，以及光滑的玻璃等。

和普通的粘附性材料比，“毒液”可以牢牢的粘在垂直平面上：

应用在机器人身上，可以在光滑和粗糙的斜面行走自如：

该研究成果由泰国VISTEC科学技术研究所和南京航空航天大学合作发表在2021 年IEEE 第四届国际软机器人会议(RoboSoft)上，论文的名字是“VENOM: Versatile, Adhesive,and Soft Material for Various Surface Adhesion”（毒液：用于各种表面粘附的多功能、粘性和柔软材料）

▍受壁虎启发的粘合材料

自然界中，不少动物练就了一手爬墙如履平地的绝技。

例如，壁虎可以在各种表面上直上直下地攀爬或行走，它柔软、具有粘性的脚与墙面之间可以产生最佳摩擦。

“毒液”可以充当机器人的“壁虎的脚”，来粘附和适应各种表面，以实现高效和多功能的运动。

这种材料的制作原理是：将金属粉末添加到有机硅中会阻止完全固化过程（即固化抑制），与纯硅胶相比，该混合物可以表现出更多的粘性，还会对磁铁产生反应。

研究人员将Ecoflex™ 00−10（超软、快速固化的铂催化有机硅）与粒度为 3-5 µm的细铁粉混合，作为机器人的“脚”，为了稳定的承载机器人的重量，研究人员在“毒液”的背衬层上放置了更硬的硅橡胶材料（肖氏硬度30A）。

▍表现如何？

加了铁粉后的“毒液”表现如何呢？

与未加铁粉的硅橡胶相比，“毒液”的粘性大大增强：

铁粉与磁铁发生磁反应，让吸附更容易：

研究人员还对比了“毒液”与最常用于机器人脚的干粘合材料的性能，测量两者的动态摩擦力和法向粘附力。

将JEDTO HF-500 型测力计安装在 V 型槽铝型材上作为线性导轨，再使用导螺杆连接到电机，电机与测力计匀速拉动两种材料，测量每个样品的动态摩擦力；将样品从基材上垂直拉开，可测量法向粘附力。

（动态摩擦力的测量）

（法向粘附力的测量）

使用亚克力板和 P60 砂纸充当光滑和粗糙表面，为了进行统计分析，研究人员对两种材料力进行了十次测量，结果如下图：

最常用于机器人脚的干粘合材料本身具有一种蘑菇形微纤维结构，该结构非常适用于光滑材料，因此表现稍优于“毒液”，但该结构在测试了5-6次后明显产生损坏，一旦开始施加拉力，就会开始剥落；同时，由于微纤维结构无法与粗糙表面良好接触，它在粗糙表面上的动态摩擦力也很低。

相比之下，“毒液”在粗糙表面方面表现出相当好的性能，动摩擦力和粘附力最高；而在光滑表面上的动摩擦力和粘附力较低，而这种较低的粘附力使它可以让机器人轻松的将脚离开地面，更适合腿式机器人。同时，它在十次的测试后结构并未被破坏，耐用性也是杠杠的。

▍未来将用于不同的机器人

随着对机器人应用的要求越来越高，机器人早已不是一堆机械结构那么简单，材料在机器人研发中占了很大一部分比例；仿生学的加持也表明，腿式机器人需要柔软、有粘性的脚来粘附和适应各种表面，以实现高效和多功能的运动。

许多研究都致力开发各种类型的机器人脚，使用不同的材料，如泡沫橡胶、软硅胶、仿生粘合剂等，但效果都差强人意，即便是最受欢迎的非定向干粘合剂材料，也只能用于光滑表面，无法应对粗糙表面；同时，它们的价格昂贵且耐用性低，大大限制了实际应用。

相比之下，“毒液”的制造简单、具有更好的可重复粘合性能和耐用性，成本也很低，研究人员表示，未来将会把“毒液”应用于更多不同的机器人，并提高它们在各种地形，例如管道、斜坡、墙壁上的运动效率。

【参考链接】

https://ieeexplore.ieee.org/document/9479242