中美科学家发现昆虫运动力学新机制 机器仿生“蜘蛛人”不是梦

　　据悉，这一机制原理即将发表于国际学刊《力学与固体物理》，将对人类研发适应

　　自然界“适者生存”及长期演化造就了众多动物特技，但其运动力学机制尚未被完全揭示。壁虎、蚱蜢、蝉、苍蝇、蜘蛛等动物具有超强爬行能力，不仅能在水平表面运动自如，在垂直表面甚至倒挂在天花板上也能快速移动。如壁虎的“吸盘”能在0.04秒内做出黏附动作，并紧跟着在0.06秒内完全脱黏起步。

　　在国家自然科学基金和德国马普学会访问奖学金支持下，中科院力学所陈少华副研究员与美国布朗大学高华健教授合作，通过大量实验发现，这类爬行健将的脚部衬垫具有共同的微观特征。如蚱蜢“脚底板”的组织结构，是一层光滑的表面膜覆盖在多个杆状纤维上，这些带有刚度的纤维都平行排列，并与表面膜形成一定的角度和方向。爬虫们的每只脚上，都有这种被称为“各向异性”的纤维膜组织或材料，使其能在悬停静止时保持强黏附力，又能在迈步时保持弱黏附力。

　　中美研究人员模拟昆虫栖息在物体表面的情形，建立了二维黏附接触模型，并给出控制方程，分析黏附强度影响。最终发现3方面机制：随着各向异性程度增大，最大黏附强度可以超过最小黏附强度高达1个数量级；当外力方向与各向异性体刚度最大的方向一致时，会出现最大的黏附强度；而外力方向一旦偏离各向异性体刚度的最大方向，黏附强度就急剧减小。这与实验中壁虎运动情况一致，揭示了这类动物在高速运动中足爪频繁黏附和脱黏的运动力学机制。