跨水空“飞行”的吸盘鱼！北航成果登上《科学
多姿多彩的大自然
为人类科技文明的发展
提供了源源不断的灵感与动力
仿生学就是这样一门
“以自然为师”的科学
2022年5月19日
国际顶级期刊《科学·机器人》
（Science Robotics）杂志
报道了北京航空航天大学
机械工程及自动化学院
仿生机器人研究团队 文力课题组
在 跨介质吸附仿生机器人领域
取得的新进展
这种跨介质吸附仿生机器人
能从水里“飞”到空中
是一种跨水空的无人航行器
为未来的 高性能跨介质无人系统
提供了新的思路
成果发布后
登上Science官网图片头条！
这也是北航仿生机器人研究团队
文力教授课题组
在《Science Robotics》上
发表的 第3篇论文
这是一项怎样的仿生学成果？
让我们从一条小小的䲟鱼说起
2017
仿生䲟鱼软体吸盘机器人
海洋中有一种奇特的生物，名为䲟鱼，它们头部扁平，上面有一个形似“鞋印”的椭圆形吸盘。 䲟鱼用自己的吸盘吸附船底或其它大鱼远游和索食，因此也常被称作海中的“旅行家”和“ 搭便车高手 ”。
䲟鱼利用头部吸盘吸附在鲨鱼身体上“搭便车”（图片来源于网络）
2013年， 正在研究3D打印鲨鱼皮的文力 就关注到了这条 常常 在鲨鱼皮上紧紧吸附 的小䲟鱼。 文力马上想到，如果能复刻䲟鱼在 水下极强的吸附能力，并将其运用到机器人身上，是否也能极大程度减小机器人工作中的消耗能量？ 随即展开了深入的研究。
历时四年，这项以小䲟鱼为灵感的” 仿生䲟鱼软体吸盘机器人 ”作为 我国首篇 论文登上了国际机器人研究领域的权威期刊《科学·机器人》 （Science Robotics）封面 。
点击上图一起回顾
在四年的研究过程中，课题组攻克了还原吸盘结构、制作锥状小刺、实现鳍片微动三大技术难关，终于成功研制出吸附力可达自重340倍的 “仿生䲟鱼软体吸盘机器人”。这项研究工作不仅从生物力学角度揭示了䲟鱼的吸附机制，同时也在国防科技、水下救援以及海洋生态监测等军民领域中 具有良好的前景。
初代吸盘机器人样机存在机器人移动范围小（由于线缆限制）、吸附复杂表面难（如破损、曲面、粗糙度高的表面）、机器人的机动性不足等关键问题。因此， 课题组并未就此止步。
2022
跨介质仿生吸附机器人
在进一步的研究中，研究人员发现了一种有趣的现象——当 海豚 跃出水面试图甩掉吸附于身体上的䲟鱼时，䲟鱼依然可以牢牢地附着在海豚身体上。该现象让课题组意识到—— 䲟鱼吸盘不仅能够应用于水下环境，在空气中也具备优秀的吸附性能。因此，课题组开始探索 仿生 䲟鱼吸盘 和 跨水空介质无人航行器 结合的可能性。
海豚跃出水面试图甩脱䲟鱼时，䲟鱼依然可以紧紧地附着在海豚表面（图片来源：Maxence Atzori）
潜在需求广泛
机器人在高度非结构化环境中的应用，比如进行多地形观测、多介质作业、多环境探查等，对机器人 快速跨介质运动 （扩大工作范围）和 高效暂栖 （延长工作时间）的能力有着 广泛的潜在需求 。
相比于传统的飞行机器人，跨介质仿生吸附机器人可长时间工作，并同时覆盖水下和空中的运动范围，这在探索基础科学问题，研制具有潜在用途的高性能跨域航行器方面具有重要意义。
两大研究挑战
机器人实现水下和空中吸附主要面临两大挑战：
1）需要强力、可逆、自适应性强的吸附装置，该装置可以同时在水下和空中发挥作用，使机器人可以在各种表面上高效吸/脱附，并可以产生足够的切向力来抵抗高速来流的冲击；
2）需要可以快速、连续、稳定跨越水/空界面的无缆机器人，用于搭载吸附装置和工作设备。
而此次发现䲟鱼在跨介质环境中展现出的优秀吸附性能，为跨介质仿生吸附机器人的研制提供了可行的方向。
攻克挑战一：冗余吸附机理
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