仿生多功能爬墙机器人：轻松应对不同表面

爬壁机器人（WCRs）凭借多种附着/抓取机制，可在空间受限、高风险或放射性环境中替代人类执行重复性或挑战性任务，因此受到广泛研究关注。然而，它们的应用仍局限于特定环境和表面。为此，研究人员研发出一种具有接触适应性、抗剥离性的跨介质爬壁机器人，其集成了受壁虎和章鱼启发的自适应刚柔混合履带。机器人履带上的空心蘑菇状黏附微结构（HMSAMSs）同时结合了壁虎和章鱼的黏附结构形态，并继承了它们的功能。这些微结构在干燥和水下环境中均表现出优异的法向和切向黏附力以及黏附-预载荷比，使机器人具备稳定的跨介质性能。此外，研究人员在机器人履带上构建了离散的HMSAMS贴片和刚柔组件，分别模拟生物黏附的机械解耦和骨-肌肉功能，有效防止界面裂纹扩展，提高剥离阈值，增强接触适应性。具备上述优势的爬壁机器人能很好地适应复杂多介质环境中的多种材料表面，加速其普遍应用。

目前的爬壁机器人虽能在特定场景（如干燥或潮湿条件下的特定材料表面）灵活移动，但难以跨越水-气界面，限制了其广泛应用。理想的两栖爬壁机器人应能在陆地、水下和潮湿区域（包括水-气过渡区）流畅爬行，同时在不同材料表面保持高性能黏附，并能适应不平坦地形。自然界为解决这些挑战提供了灵感：壁虎依靠足底纳米级铲状结构产生的范德华力在垂直墙壁或天花板上灵活爬行；章鱼则利用触手离散空心结构的负压效应在水下快速转换表面。通过结合壁虎启发的蘑菇状干黏附微结构和章鱼启发的空心柱体，HMSAMSs实现了在干燥和水下环境中对不同材料表面的高性能法向和切向黏附。

机器人履带的核心-壳层HMSAMS贴片（内嵌刚性核心）离散分布在顶层，模拟生物黏附结构的离散行为和高模量骨/软骨功能，抑制界面裂纹扩展，优化应力分布，提高剥离强度。履带基底的离散柱体模拟生物足底和触手的软肌肉功能，降低有效弹性模量，增强对不平表面的接触适应性。HMSAMSs的高黏附-预载荷比有效防止机器人在低预载荷附着时打滑和倾覆。

实验表明，HMSAMSs在干燥环境中法向黏附力达240 kPa，水下达290 kPa；切向黏附力干燥时108.13 kPa，水下127.3 kPa，黏附-预载荷比也显著高于以往结构。机器人履带的抗剥离性能和接触适应性使其能在不同倾斜角度的正负表面、不同材料（玻璃、不锈钢、特氟龙）和不平坦表面稳定爬行，甚至能跨越水-气界面。该机器人可应用于全天候建筑监控、水下隐蔽与上浮观察、核电厂危险环境作业等场景，为跨介质爬壁任务提供了新方案。