不同材料表面壁虎脚掌粘附机制研究

【摘要】：壁虎具有在不同材料的墙面或天花板上的运动附着能力。用三维运动力测试系统测量大壁虎在正/零/负三表面(水平面、竖直面与天花板)上的不同材料表面(玻璃、有机玻璃、特氟龙、铝、不锈钢)运动时的三维接触力,并结合高速摄像记录大壁虎在爬行时的运动行为,获得大壁虎在上述各表面上爬行时的运动特征。比较并分析了大壁虎在不同状态下爬行时的力学参数,步态特征,质心速度与机械能的变化规律,讨论了壁虎脚掌粘附机制及其与接触表面特性之间的关系。 实验结果表明,大壁虎在所有材料的水平表面上能够自由运动;在玻璃、有机玻璃、特氟龙和铝的竖直表面能够自由运动,而在不锈钢表面则不能稳定粘附;在玻璃和有机玻璃的天花板表面能自由运动,在特氟龙、铝和不锈钢表面会发生滑落现象。壁虎在不同材料的水平面和竖直面上爬行时以对角步态为主,在不同材料的天花板表面上爬行时以三角步态为主,主要通过提高步频来提高速度,受步距速度的影响很小。大壁虎在粘附性能较差的表面上运动时,会通过增大脚掌与运动表面的接触时间,减小脚掌在空中摆动的时间来实现在危险表面上的稳定粘附,并通过降低步频与减小步距来保证运动的可行性。壁虎脚掌与爬行表面之间的粘附效果不仅与表面能有一定的关系(表面能越高粘附性能越好),而且与爬行表面的分子结构也有关系。