加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的研发人员最近利用仿生技术打造出一种新的超级吸盘。据称研发人员的灵感来自鮣鱼，这种仿生高效的吸盘可被用在水下机器人身上。

鮣鱼是分布在热带和温带地区的小鱼。它们在潮间带很常见，它们利用强大的吸力附着在岩石、藻类和海草上。即使在强大的海流中，或是被海浪冲击时，它们仍能粘在这些表面上。这项研究中使用的鮣鱼是一种原产于西海岸的物种，是在圣地亚哥附近采集的。

研究小组人员通过研究去收集鮣鱼，发现了这种动物附着机制的秘密，并模仿秘密在人工吸盘中加入一层柔黏的组织层和缝隙。粘鱼的吸盘上排列着一排排六角形结构，称为乳头，上面覆盖着微小的纤维。研究人员在他们的原型中用硅树脂制成的柔软层模拟了这个过程。这一层大大提高了粗糙表面的粘合性能。该小组还将狭缝纳入吸盘室，以确保更好地附着在不规则的凹面上。

该研究的首席作者、博士生Jessica Sandoval介绍说，这一盘状边缘的缝隙的设计灵感来源于鮣鱼的腹鳍和胸鳍的交叉部分“我们展示了我们原型能够附着在如农产品、螃蟹、海螺壳和花瓶等对象上。”研究人员开发的人工吸盘能够粘在粗糙的表面上，如粗砂纸，也能粘在多变的表面上，从岩石到蔬菜，无论是在水里还是水外。研究人员还表明，他们的设备可以在不粉碎樱桃和草莓的情况下提取所有东西，还可以制作海螺壳和花瓶。

研发组成员、加大圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所海洋生物学和生物模拟研究员
Dimitri Deheyn 称：“当我们的同事在第一次交谈时就确信优化吸盘的诀窍来自生物学。并认为，可以研发一种类似的吸盘，将结合来自鮣鱼独特的架构，和某种3D及多功能的机械装置。”

研究组成员、机器人专家、加大圣地亚哥分校雅各布工程学院教授Mike Tolley说：“许多黏合剂设备只能粘附在干燥或潮湿的表面上，并且在粗糙的表面上有困难。我们的设备可以做到这一切。”

研究人员认为，这种装置可以在重物上保持6个多小时，并可以延长到更长的时间。此外，这些以粘鱼为灵感的吸盘因其尺寸而具有深刻强大的抓握力：吸盘悬浮在空气中时可承受350倍于自身重量的重量。研究人员甚至在遥控器（ROV）的手臂上安装了他们的一个装置，并显示出它可以在不破坏生鸡蛋的情况下操纵生鸡蛋。

Jessica Sandoval是一名深海遥控潜水器飞行员，同时也是一名博士生，她说：“我对这种特殊的遥控潜水器应用特别感兴趣。”在驾驶遥控潜水器时，我使用水下机械手从海底采集精细样品。我经常希望我有一个工具，以微妙的抓地力，以补充强大的抓地力金属钳口的机械手。我在深海的工作是一个真正的动机，它促使我寻找大自然的灵感，以获得粘附力。”

根据该论文指出的实验与分析：…..这些鮣鱼是在埃伦布朗宁斯克里普斯码头北边（Ellen Browning Scripps Pier）的潮汐池里采集到的。作为斯克里普斯海岸海洋保护区的一部分，加州大学圣地亚哥分校的科学家可以获得从该地区采集用于科学目的的生物体的许可证，使其成为该大学的独特资产。

在制作以粘鱼为灵感的吸盘的同时，研究小组还通过在人造吸盘的脚印上涂上一层硅树脂制成的微柱来模拟粘鱼的微观纤维。有趣的是，他们发现简单的设计，只包含一层厚厚的硅酮，性能优于设计与微观支柱。

这个跨学科的团队人员分析了以粘鱼为灵感的人工吸盘的性能，描述了圆盘脚印的表面接触特征，以观察它们与表面的相互作用。他们试验通过使用有限元分析来模拟吸盘的变形过程，从而了解潜在的能量学。他们还测试了不同表面曲率和不同表面粗糙度（从光滑的丙烯酸到粗砂纸）的粘合强度。根据表面粗糙度的不同，他们测试了将圆盘固定在表面上所需的力的大小。他们发现，将光盘固定在表面所需的力很小，这就解释了这种设备处理精密物体的能力。

相关研究论文发表在最近的《Bioinspiration and Biomimetics》期刊上。Jessica Sandoval已获得盖茨千年学者计划（Gates Millennium Scholars）的支持。

资料参考：https://newatlas.com/materials/suction-cup-clingfish
图片：UCSD.edu

(美国华文网 圣地亚哥华文网编发 USChinesePress.com SanDiegoChinesePress.com)