仿生吸盘可像章鱼一样适应环境
抓取和释放不规则表面比看起来要困难得多。
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一些最精巧的技术灵感来自自然。从能像头足类动物皮肤一样变色的材料，到一个看起来和动作都像真实蟑螂的微型仿生机器人，某些生物的非凡适应能力已经提升了我们的技术能力。现在章鱼正在为软体机器人贡献它的吸盘。
章鱼触手上的吸盘具有惊人的附着力，这种能力对需要抓取和保持物体的软体机器人来说是一个宝贵的资产。现有的人工吸盘在处理岩石和贝壳等不规则表面时存在困难。章鱼、乌贼等头足类动物进化出了能够适应各种表面并附着的生物吸盘。这也是为什么布里斯托大学由袁天琪领导的研究团队开发出了比以往更接近真实吸盘的仿生吸盘。
生物吸盘具有优势的一个原因是黏液分泌，这使它们能够更好地附着在不规则表面上。虽然仿生吸盘无法真正分泌黏液，但袁天琪找到了一种让它们使用水代替黏液的方法。
“生物体通过灵活变形其柔软身体，在基底表面形成粗糙形状的贴合，”袁天琪及其团队在最近发表于《PNAS》的一篇研究中表示。“然后它们利用吸盘内的机械感受器感知吸力泄漏，并分泌适量黏液形成有效的黏液密封。”
所以，你想成为章鱼吗？
章鱼触手上的吸盘在机械感受器细胞（这些细胞能检测表面纹理等刺激）向大脑发送信号后会抓取物体。这些机械感受器还告诉吸盘需要分泌多少黏液以达到最佳抓握效果。肌肉收缩以减少吸盘内部的水压。章鱼可以通过放松肌肉来脱离物体。
这不是第一次有吸盘设计受到高度适应性章鱼吸盘的启发。一些模型使用加压腔体来抵住表面并适应其形状。另一些则更关注匹配生物吸盘的形态。这包括在吸盘上添加微齿状结构，这些是章鱼吸盘上类似牙齿的微小突起，能提供更强的抓握力。
以往的人工变形方法取得了一些成功，但它们容易因吸盘与表面之间的间隙而泄漏，并且通常需要真空泵来运行。袁天琪及其团队开发了一种在形态和机械性能上都接近章鱼吸盘的仿生吸盘。
吸盘是一种具有极端柔韧性的肌肉结构，能帮助它们贴合物体而无泄漏，抓取物体时收缩，释放时放松。这启发研究人员使用内部硅海绵材料和外部柔软硅垫来制造吸盘。
为了实现真正的仿生，袁天琪认为解决以往模型问题的答案是开发一种模拟章鱼吸盘黏液分泌的吸盘。
这真的很难
头足类动物的吸盘以前被认为源于它们柔软灵活的身体，可以轻易变形以适应任何需要抓握的表面。黏液分泌直到袁天琪决定将其纳入仿生吸盘设计中才被重视。
软体动物的黏液粘度是水的五倍。对于袁天琪的吸盘，一种人工流体系统被设计成模仿生物吸盘腺体分泌的液体，在吸盘与附着表面之间形成液态密封，几乎消除间隙。它可能没有章鱼黏液的力量，但对即将在水中探索（如海底洞穴或深海）的机器人来说，水是次优选择。
即使没有实际黏液，带水密封的吸盘比没有的吸盘能附着更久55倍。
存在吸盘与附着表面之间的间隙问题。间隙越大，吸盘失去抓握的速度越快。人工吸盘首先尽可能机械地适应表面。虽然这应该使间隙变小，但这些间隙随后由人工流体系统密封。注射器通过直接连接到吸盘的管路泵入空气以重置吸盘。
面对岩石和具有粗糙纹理及多曲线的塑料模型等挑战性表面，机械臂上的硅胶吸盘能够贴合这些表面并长时间保持抓握，几乎无泄漏。
“我们的吸力机制展示了液体调节在提高吸力适应性方面的巨大潜力，并在挑战性的复杂干燥表面上表现出强大的适应性吸力，”研究人员表示。“它为下一代机器人提供了一种独特、低成本、清洁且强大的软体粘附策略。”
现在技术已经创造出如此逼真的吸盘，注意整个触手可能布满它们。
PNAS 2025. DOI: 10.1073/pnas.2314359121
