壁虎脚趾和皮瓣的三维结构特征

姜琦骏

（南京航空航天大学 江苏南京 210016）

壁虎脚趾和皮瓣的三维结构特征

姜琦骏

（南京航空航天大学 江苏南京 210016）

大壁虎可控黏附机制的研究，对仿生爬壁机器人性能提升设计具有很重要的启示。然而现有对于大壁虎黏附系统的研究大多集中于刚毛及以下层级。本文通过冰冻切片技术并通过显微表征等手段获取了大壁虎脚趾各个层级结构的形态，并从生物结构驱动的角度探究皮瓣层级对于大壁虎可控黏附的意义。

大壁虎 皮瓣 冰冻切片 三维结构

引言

壁虎具有杰出的全空间攀爬能力，这主要归因于其脚趾上的分层体系结构——每个脚趾的底部伸展出十多个皮瓣，每个皮瓣端部生长着数以千计的刚毛，而每根刚毛的末端又衍生出数以百计的匙突状结构［1］。长期的研究表明，这样一个分层体系结构组成的黏附系统具有很好的柔性，较低层级（较小尺度）的结构紧密耦合并与较高层级（较大尺度）结构的驱动共同作用，使得刚毛末端的匙突结构与被黏附表面之间形成紧密的接触，从而产生较高的黏附力和摩擦力，并且具有自清洁能力［2］。在对壁虎可控黏附的研究过程中，研究人员们更多的关注于刚毛以及刚毛以下层级的结构如何实现低预压黏附和快速脱附，而皮瓣以及脚趾结构对于大壁虎黏脱附行为的影响却较少涉及。田煜［3］通过实验揭示了皮瓣在壁虎脚趾黏附中具有类似于软弹簧的作用，当脚趾受到法向预载荷作用时，皮瓣将会承担较大的法向变形而使得刚毛束产生较小的法向位移，从而使得在很大的法向预载荷范围内，脚趾可以维持黏附状态；……