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记得小学老师说过，壁虎能飞檐走壁而不掉下来，是因为脚上有许多小吸盘。  然而，对于这些吸盘的“信任”也就停留在了当年的一知半解状态...小伙伴们四处逮壁虎，最终也没有搞明白这些吸盘到底是个什么样！  来自斯坦福大学的Mark Cutkosky博士领导的团队，一直对壁虎爬墙情有独钟地研究，并发表了一系列研究论文，详细地阐述了壁虎身上的“黑科技”！  Mark Cutkosky博士（右一）和他的团队 根据他们的研究成果，这个团队还研发出了一种新型的材料，来模仿壁虎的爪子。并用这种特殊材料，造出了一个可以在任意表面攀爬的壁虎机器人Stickybot。  斯坦福攀爬壁虎机器人2代 Stanford Stickybot 2 可以说，这是一次彻底的仿生学成功案例。Stickybot壁虎机器人至少运用了两项从壁虎身上学习而来的研究成果。 第一个，就是“小吸盘”。其实，壁虎的脚上并没有我们想象中那种“小吸盘”，起到吸附作用的是壁虎脚掌上分布的成千上万的超细绒毛。  这些超细小的绒毛结构，利用了一种叫“范德华力”的原子间吸引力。使得壁虎脚部能够被吸附在任何表面之上，无论是玻璃、水泥、钢铁、木头还是树叶。  这个范德华力，其实在我们的生活中无处不在... 简单介绍一下：一般的原子是这样的，电子分布在原子核的周围，原子整体呈现中性。此时空间中两个临近的原子之间并没有任何吸引力。  假设左侧是墙面的原子 右侧是壁虎脚部的原子 但，这种电子均匀分布的状态并不是持续不变的，有些时候原子一侧的电子会比另一侧略多一些，这就导致这个原子整体呈现一侧阳性、一侧阴性。  电子偏多的一侧为阴性 电子偏少的一侧为阳性 那么，右侧壁虎脚部的原子，就会将左侧玻璃原子中的电子吸引过去，从而导致玻璃原子内的电子分布也变得不均匀，偏向于右侧。但，这需要一个前提，那就是壁虎脚部的原子要和玻璃的原子离得足够近！  左侧玻璃原子的电子被右侧壁虎足部原子的阳性所吸引也开始偏向分布于右侧 于是，两个原子就像N极对S极的两个磁铁一样，互相吸引了起来。并且将一直维持这样的吸引状态，直到有更大的外力强行拆除它们。  两个原子被互相吸引 也就是说，只要壁虎脚部紧挨着玻璃足够近，就会有大量的脚部原子和玻璃上的原子产生范德华力，这样无数互相吸引的原子对的吸引力组合到一起形成了合力，导致了在宏观层面上一种很强大的吸引力。  最终导致壁虎被吸附在了玻璃上 但是，问题来了？为什么壁虎可以，而人类的手就不行，就不能产生这样的范德华力呢？？比如我们按键盘时，为什么手和键盘没有吸到一起？ 其实，是因为我们手指表面过于粗糙~ 无法导致足够多的手指原子与键盘原子靠得足够近，以至于无法产生足够多的范德华合力！ 由于表面粗糙，相互靠得足够近的原子太少，产生范德华力的原子对太少，有合力，但是微乎其微 而，壁虎脚部表面的绒毛的最小尺度单位，已经来到了100纳米级别，绒毛数量则多至百万级以上，这就导致每一个绒毛头部都可以贴合墙壁表面。 数量众多，最终产生的吸附力合力，远远大于几倍于壁虎自身的重力。 但是，另一个问题又来了，为什么需要的时候可以吸附上，而不需要时，又可以快速拔除呢？比胶带要轻松很多？ 拔除效果要比胶带轻松很多？ 这就涉及到Mark Cutkosky博士团队的第二个研究成果了——绒毛倾角 Mark Cutkosky博士团队发现壁虎脚上的绒毛都统一朝一个方向倾斜，这就导致了需要粘合的时候，和需要拔除的时候，发力的方向不同。拔除时剪切力导致绒毛一排一排地被拔开了。 剪切力导致拔效应的计算 也就是说，需要吸附时，脚掌绒毛受到牵引，所有绒毛都会越来越贴合墙体表面，范德华力的合力越来越大！ 而反之，需要拔除时，从另外一个角度去牵引，就会导致绒毛一层一层地脱离表面，范德华力的合力就会越来越少，直至脱落。 如果你注意观察，就会发现，壁虎在行走时，脚掌并不是直接贴在墙表面的，而是由脚掌中心区域至最外侧依次贴合上去。 这说明壁虎把聚集范德华力的主动权完全放在了自己手掌里，而不是仅仅交给重力去做。当脚掌由中心依次向外贴合墙面时，增加吸力。反之则拆解吸力。 据此原理，Mark Cutkosky博士团队研发出的纳米材料，可以轻松地实现物体的吸附与解除吸附。 比如吸附一个西红柿 然后反方向，纳米材料自动脱落下来 这就是很好地利用了“倾角”设计，让重力自然牵引纳米材料吸附西红柿，而反过来就是“释放”。 根据这个原理团队造出了，仿生壁虎的机器爪子... 三个蓝色的方块是范德华力纳米材料。中心部位的驱动器，通过三个黄色的“肌腱”牵引蓝色纳米材料，最终吸附和释放玻璃。 升级后的机器人爪子，索性完全模仿了壁虎的爪子。 再配合规律的四肢运动，于是这个能在任何表面上攀爬的壁虎机器人Stickybot2，就诞生了！ 而Mark Cutkosky博士团队最新的研究成果，已经支持人类戴一副手套，就能攀爬墙体了~ 怎么样，看到这里是不是有点熟悉的味道？？ 没错，不久的将来，一副黑科技手套就可以让你飞檐走壁！！！ 不过阿汤哥早在《碟中谍4》中就告诫过我们，无论什么黑科技，一定是要记得提前充满电哦~！ |
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