章魚作為自然界的“界面工程大師”，其吸盤結(jié)構(gòu)依靠可形變的柔軟肌壁精確調(diào)節(jié)腔內(nèi)壓力，既能夠在干濕環(huán)境、光滑與粗糙表面間迅速完成粘/脫附切換，又可以精準控制吸附力大小。這種高度自適應特性使其在水下抓取、生物醫(yī)療等場景中具備優(yōu)勢。順應機器人技術(shù)、生物工程與柔性電子等領(lǐng)域的發(fā)展，構(gòu)建具有章魚吸盤式功能的仿生粘附器件，已成為破解傳統(tǒng)剛性粘附設備在復雜界面適應性差、易損傷脆弱目標等痛點的關(guān)鍵路徑。

　　盡管仿生章魚吸盤研究取得一定進展，但面臨兩項技術(shù)瓶頸。其一，傳統(tǒng)制備工藝難以精準復刻天然吸盤復雜的多尺度層級微結(jié)構(gòu)，導致仿生吸盤的界面適形性不足、流-固耦合調(diào)控受限等問題；其二，現(xiàn)有材料體系多采用單一模量的剛性或彈性基體，難以實現(xiàn)類似章魚吸盤肌壁的高柔韌性與可控形變的協(xié)同，因而在動態(tài)粘附過程中易出現(xiàn)粘附力衰減、能量耗散偏高及脫附響應時滯等問題。在深海探索等高壓高鹽液體環(huán)境中，傳統(tǒng)吸盤材料長期在水下環(huán)境中使用易造成粘附與力學性能易衰減等環(huán)境魯棒性不足等問題，制約了其在水下機器人抓取與操作、水下爬壁與定點作業(yè)等場景中的應用。

　　近日，中國科學院蘭州化學物理研究所科研人員提出了仿生策略來解決上述問題。該研究通過強、弱氫鍵協(xié)同作用及微相分離策略制備了具有可調(diào)機械性能和界面剛度適應性的超分子水凝膠。進一步，研究結(jié)合光固化3D打印技術(shù)設計構(gòu)建了具有可切換粘附性能的水凝膠仿生吸盤。這一吸盤結(jié)構(gòu)由可調(diào)曲率膜即調(diào)節(jié)吸盤脫附過程、負壓腔和氣動腔室組成。同時，研究設計的具有不同曲率膜的水凝膠吸盤對硅、玻璃、S304和尼龍等粗糙表面均具有自適應粘/脫附性。

　　為凸顯非破壞性粘附的實用性，該研究研制了采用液壓驅(qū)動、配備仿生吸盤的水凝膠夾持器，可自適應地操縱各種水下物體，能夠應對曲面復雜的物體甚至還可以溫和處理蛋黃、豆腐塊等脆弱食品。同時 ，研究將這類水凝膠吸盤陣列結(jié)構(gòu)集成到水下無人航行器的腹部和六足機器人的足端，賦予其水下操控物體、定點停留及表面爬行等特殊功能，為復雜海洋環(huán)境場景中的應用提供了高適形、可逆、低損的粘附手段。

　　上述研究深化了仿生吸盤在長期耐久性與穩(wěn)定性、強韌力學性能平衡、極端環(huán)境適應性等方面的進展，為功能性仿生水凝膠吸盤在復雜工程場景中的應用奠定了基礎(chǔ)，有望推動其在海工運維、機器人操作和深?？碧降雀叨斯こ虘弥械陌l(fā)展。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《納微快報》（Nano-Micro Letters）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類）等的支持。

受章魚啟發(fā)的自適應水凝膠吸盤的設計制造示意圖

自適應水凝膠吸盤在水下場景中的多功能演示