如果告诉你，这个运动的实现不是靠着邓布利多的魔法，而是仅仅依靠马达振动就让圆盘吸附在物体表面上的，你相信吗？

这是真的。这项最新技术来自加州大学圣地亚哥分校的仿生机器人技术和设计实验室，他们利用一个连接在柔性圆盘上的振动马达，成功地让机器人粘在光滑的表面上。怎么做到的呢？

根据一篇发表在《AdvancedIntelligentSystems》上的论文，很明显，这是由于“振荡板和表面之间的流体介导的粘附力”，而不是魔法。

很奇怪吧？在这篇论文中，研究人员解释了这里发生的事情：当直径14厘米的弹性圆盘以赫兹的频率振动时，它会在自身和振动表面之间产生一层薄薄的低压空气。虽然低压空气层的厚度小于1毫米，但圆盘可以抵抗5牛顿的拉力。你可以把它看作是一种吸力效应，只是它不需要磁盘不断地密封在表面上，这意味着机器人可以在不破坏附着力的情况下移动。

可控粘附是许多工程系统的基本能力，如材料加工设备、爬壁机器人和拾取放置机械装置。能够控制粘附的机器人在不适合人类的环境下检查和维修、监视和探索方面有应用。为了实现这些用例，已经提出了各种可控粘附技术，包括依赖于机器人和表面之间的气动、电磁和干纤维粘附力的方法。虽然现有技术通常有效，但需要相对重且耗能的部件和/或本质上连接高的正态和剪切粘附。

研究人员提出了一种依赖于流体介导的振动板与表面之间粘附力的粘附机理。这种轻量、低功耗的机构提供了高的正常但低剪切附着力，使它独特地适用于机器人应用，包括移动机器人和一些操作任务。

以前的方法使用主动气动粘着（即吸力）或强电磁铁或永磁体来证明高粘着应力，以使相对较重的系统能够爬墙（例如，对于重量为0.8的单个吸力装置）。然而，这些方法通常分别局限于无孔表面和铁磁性表面。除了表面限制，这些系统通常需要额外的笨重硬件（即传统的泵和磁铁）。尽管存在这些缺点，但一些气动和电磁方法的优点是，它们不需要直接接触表面进行粘合。因此，当机械手或移动机器人在粘附表面上平滑滑动时，可以保持粘附。这种非接触或轻接触的粘附模式对移动式检查机器人可能是有利的，因为移动式检查机器人必须在表面上轻松移动。

主动气动粘着的优势在于，泵可以在市场上买到，并且可以相对直接地控制和集成到物理系统中。然而，在小规模的情况下，这些优势就失去了，因为制造微机电系统微型泵需要专门的高精度设备。一些研究已经调查了小规模的气动流体粘附，但可控粘附还没有得到证实。

移动机器人由两个主要子系统组成：1）带有振动源的柔性圆盘，该振动源激发垂直于表面的振动，以产生附着力；2）驱动系统，在牵引轮和表面之间提供稳定的接触，以实现移动。

这样设计最大的优点是，你能得到一个简单又便宜的光滑表面攀爬机器人，特别是在小范围内。不过，也有一些不利因素。最大的一个可能是赫兹的频率在人类的听力范围内，这解释了视频中机器人的声音轨迹，正如研究人员所说，“天生就很吵”。与其他一些可控粘附技术相比，这个系统必须随时打开，否则它会立刻掉下来。

你在视频中看到的机器人（有一个14厘米的弹性圆盘）似乎是最合适的，当它变小意味着电机开始占据不成比例的重量，而变大也可能无法很好地伸缩，整个系统的质量增加速度快于你得到的附着力。研究人员建议，“将几种圆盘几何形状结合起来，以获得所需的负载能力和抗干扰能力，这可能是有利的”，但这是研究人员需要弄清楚的一些事情之一，以正确描述这种新型粘附技术。

在这项工作中，他们提出并描述了一种新颖的、可控的、具有高比正应力的机器人粘附方法，与其他可控粘附技术相比，该系统制造简单，并利用市售组件产生高比正粘附应力和低剪切运动阻力。在测量压力分布的实验中，我们观察到振动盘中心区域产生的负压平衡了施加的载荷。在测量圆盘位移的实验中，发现圆盘内外区域的轮廓与最小液膜厚度的位置基本吻合。此外，我们在实验上观察到轴对称震动模式不是粘附的必要条件。我们假设圆盘的柔韧性允许在相对较小的激振力下形成这些节点，并且这些节点区域通过限制内部和外部区域之间的空气流动，能够在圆盘中心产生一个小的粘合区域。为了充分量化表面粗糙度和曲率对附着力的影响，还需要做进一步的工作。为了使这种粘附技术能够支持更大的负载应用，例如仓库实现或家庭自动化，需要更好地理解这种影响随粘附盘的大小和数量的可伸缩性。

（来源：IEEESpectrum、Wiley编译：Doris本文仅用于技术交流）