如(rú)何讓機(jī)器(qì)人(rén‌×₹)靈活地(dì)抓東(dōng)西(xī)？德美(měi)科(kē)學家(​$£jiā)向壁虎學習(xí)粘附法

霍金(jīn)近(jìn)來(lái)一(yī)直很(hěn)>γ擔心機(jī)器(qì)人(rén)會(huì)“反攻人(r'™♠‍én)類”，但(dàn)其實，機(jī)器(qì✔ ∞∏)人(rén)現(xiàn)在還(hái)應付不÷☆(bù)了(le)一(yī)些(xiē)小(xiǎo)嬰孩都(dōu)會(hu↔∏ì)做(zuò)的(de)任務：比如(rú)拿(ná)起✘±一(yī)個(gè)小(xiǎo)番茄。抓東(dōng)西(xī)這(zhè★γ→)個(gè)動作(zuò)看(kàn)似簡單，但(dàn)其中涉及到(dào♣<  )的(de)力的(de)分(fēn)配、協作(zuò)十分(fē∑₹n)精巧，可(kě)以意會(huì)而難以複制(zhì "₩)。如(rú)果工(gōng)程師(shī)要(yào)讓機(jī ∏)器(qì)人(rén)給人(rén)類拿(ná)來(lái)一(yī)個(g↕÷è)小(xiǎo)番茄，不(bù)僅要(yào)量身(shē€​σn)定制(zhì)複雜(zá)的(de)程序，還(hái)得(d÷₹e)時(shí)刻準備好(hǎo)打掃殘局：八成機(jī)器♣‌(qì)人(rén)不(bù)是(shì)把番茄砸到(dào)>♠φ地(dì)上(shàng)，就(jiù)是(shì)把番茄捏成番茄醬了γ‌™(le)。

但(dàn)科(kē)學家(jiā)們一(yīδ∏ )直很(hěn)善于向自(zì)然界中的(de)“老± ÷×(lǎo)司機(jī)”學習(xí)。這(zhè)次，他(tā♦σ≠¥)們找到(dào)的(de)“老(lǎo)司機(jī)”是(shì)壁虎。近♣®®©(jìn)日(rì)，來(lái)自(zì ↑§₹)德國(guó)馬克斯普朗克智能(néng)系統研 €§©究所和(hé)美(měi)國(guó)卡內(nèi)↑ "γ基梅隆大(dà)學的(de)一(yī)個(gè)聯合團隊，模拟壁虎φ¶♥•腳掌的(de)粘附力，設計(jì)了(le)一(yī)款曲面粘附材料，用(yò$"ng)于制(zhì)作(zuò)“柔軟”的(de)機(jī)械抓手。相(•'xiàng)關論文(wén)發表在《美(m↔π&ěi)國(guó)科(kē)學院院刊》（PNAS）上(shàng)。

别說(shuō)穩穩當當地(dì)抓牢一(yī)個(gè)番茄了(le)，壁  α✘虎這(zhè)種神奇的(de)動物(wù)能(néng)自(α↔☆zì)如(rú)地(dì)在牆上(shàng)、£ ☆甚至是(shì)天花(huā)闆上(shàng)遊走，仿佛牆壁和(hé↔™)它們的(de)腳掌之間(jiān)存在一★✘(yī)種神秘的(de)力量。

這(zhè)種神秘的(de)力量就(jiù☆ )是(shì)範德華力。在一(yī)個(gè)原子(zǐ)中，帶負電(d£©iàn)荷的(de)核外(wài)電(diàn)子(zǐ)會(h®☆γ÷uì)抵消掉原子(zǐ)核的(de)正電(ᥧdiàn)荷，因而原子(zǐ)整體(tǐ)上(shàng↓α§γ)呈電(diàn)中性。然而，由于核外(&≈♥↕wài)電(diàn)子(zǐ)處于不(bù)停的(de)運動之中，在某®↑Ω些(xiē)瞬間(jiān)，原子(zǐ)的(de)兩側電(d✔±∞iàn)子(zǐ)分(fēn)布不(bù)均∞§&"，就(jiù)會(huì)産生(shēng)極性。如(rú)果↑£✘兩個(gè)原子(zǐ)靠得(de)足夠近(jìn)，就(jiù)會(•±€huì)因為(wèi)這(zhè)種極性而産生(shēng)互相(xiσ​£àng)吸引力，即範德華力。

此前，科(kē)學家(jiā)們也(yě)不(bù)是(shì)‌←沒想過利用(yòng)超細纖維的(de)合成陣列來(lái)模拟 ☆€≠壁虎的(de)粘附力。不(bù)過，這(zhè)種材料需要(yào)Ω✔¶♦背後有(yǒu)像球拍(pāi)一(yī)樣的(de)硬質背襯施加壓₩₽Ω→力，這(zhè)就(jiù)大(dà)大(dà)限制(zhì)了(le)Ω♠材料在曲面上(shàng)的(de)發揮空(kōλ★>ng)間(jiān)。

這(zhè)次，德美(měi)聯合團隊成功克服§±Ω了(le)該限制(zhì)。他(tā)們在可(kě)拉伸γ₩β的(de)薄膜上(shàng)設計(jì>→$)了(le)超細纖維陣列，稱之為(wèi)“薄膜上(shàngλγ)的(de)纖維狀粘附劑”（FAM），并為(wèi)此設計(jì)了(le)獨特的(de)背襯。

該團隊設計(jì)的(de)柔軟機(jī)械抓手形似一(yī)個(g$ è)淺口漏鬥，表面被FAM粘附材料覆蓋。漏鬥的(de)頸口連著(zhe)一(yī)個(gè™±±∞)氣泵。一(yī)旦FAM觸及平面或曲面物(wù)體(tǐ)，氣泵就(jiù)會(huì)抽出§€≥↓漏鬥中的(de)空(kōng)氣，漏鬥的∑₩(de)圓錐結構迅速扁平下(xià)去(→↑qù)，材料緊密貼合物(wù)體(tǐ)的(de)輪廓¶•‌ 。而向漏鬥中充氣，抓手就(jiù)會(huì)松開(kāi)物(wù)®→體(tǐ)。

該結構能(néng)以2.5平方厘米（硬币大(dà)小(xiǎo)）的(de)接觸面積抓起300多(duō)克的(de)物(wù)體(tǐ)（約一(yī)聽(t≈♣♥φīng)可(kě)樂(yuè)）。在測試中，它能(nén₽$ g)從(cóng)外(wài)壁、內(nèi)壁、把手處抓起咖啡杯，能(né×★ ng)無傷地(dì)抓起一(yī)個(gè)聖女(nǚ)果，♦$也(yě)能(néng)抓起一(yī)包薯片​​。

未參與實驗的(de)加州大(dà)學聖塔芭芭拉分(fēn)校(→≥↕xiào)（UCSB）機(jī)械工(gōng)程師(shī)圖納（Kimberly Turner）認為(wèi)，該領域過去(qù)隻關注納米級的(de)纖維，而沒有(yǒu≤​↑)著(zhe)眼于背襯。“設計(jì)背襯是(shì)此類粘附材料走向實¥δ✔'用(yòng)的(de)關鍵。”他(tā)說(shu↓ ō)道(dào)。

論文(wén)作(zuò)者之一(yī)西(™₩×xī)提（Metin Sitti）介紹了(le)該結構的(de)一(yī)些(x₩ φiē)應用(yòng)潛力：讓機(jī)器(≈↕→<qì)去(qù)參與組裝一(yī)些(xiē)形狀比較複雜α​±(zá)的(de)精密部件(jiàn)，比如(λ≤₹rú)汽車(chē)部件(jiàn)；讓機(j₩♣ī)器(qì)去(qù)抓取器(qì)官組織；讓負責檢查∞¶和(hé)維修的(de)機(jī)器(qì)人(rén™→γ‍)輕松爬進飛(fēi)機(jī)或核電(diàn)站(zhàn)內(∏©nèi)部。

UCSB的(de)霍克斯（Elliot Hawkes）也(yě)在研究仿壁虎的(de)抓取機(jī)器(qì)人(ré¶βn)。他(tā)指出，此類設計(jì)若要(yào)走向實用(yò ♣&↓ng)，需滿足三個(gè)條件(jiàn)：一(yī)是(shì)夠耐用"₽(yòng)，可(kě)以抓取、放(fàng)下(xià)物(wù)體(tǐ)₽♥成百上(shàng)千次；二是(shì)夠規模‌β★，起碼要(yào)能(néng)抓起1公斤的(de)物(wù)體(tǐ)；三是(shì)和(h ←$é)機(jī)械鉗、吸盤等設計(jì)比起來(lái)，性價<π₽比要(yào)夠高(gāo)。