壁虎的运动行为与动力学研究：竖直面内运动方向的影响

现代仿生学已经延伸到很多领域，机器人学是其主要的结合和应用领域之一.其中三维空间表面无障碍运动（TDOF：Three Dimensional-terrain Obstacle Free）的机器人，是当今世界最重要的高科技之一，已成为衡量一个国家科技水平和综合国力的重要标志. 而且现代非结构环境下机器人在运动的平稳性、灵活性、健壮性、环境适应性及能源利用效率等方面远远落后于动物.学者期望通过仿生的手段，根据已经获悉的具有TDOF能力动物的运动机制和规律，研制具有TDOF能力的仿生机器人. 然而对动物运动过程中与运动表面间的运动力学规律以及运动行为的研究是TDOF仿生机器人研制的重要内容，能够给仿生机器人的设计与研制很大的启示,可帮助理解动物运动的规律性, 进而为仿生机器人的机构设计、步态规划和控制系统设计提供指导和借鉴.

南京航空航天大学仿生结构与材料防护研究所戴振东教授领导的团队对大壁虎竖直面不同方向的运动进行了系统研究。其研究成果（《壁虎的运动行为与动力学研究：竖直面内运动方向的影响》一文）发表于《科学通报》2010年8月第23期（http://www.scichina.com:8080/kxtb/CN/volumn/current.shtml）上。

多年来，研究者从壁虎脚掌的表面结构，粘附机理，粘附作用力等方面对壁虎的动力学进行了研究，并采用微模具注塑法、电子束蚀刻、碳纳米管等方法人工仿制了壁虎脚趾刚毛阵列. 戴振东领导的研究团队对大壁虎的运动，形态等方面做了近10年的研究，在此基础上建立一套以三维毫牛级传感器阵列为核心的动物运动力学与运动行为实验系统。并运用此测试系统研究了壁虎在竖直面向上、向下和横向的三个不同方向运动的运动行为和动力学. 结果表明大壁虎的运动速度随步频的提高而增加，但与脚掌的粘附时间与脱附时间无明显相关性. 大壁虎各脚产生相应的作用力以平衡重力和翻转矩，并为运动提供必要的推力；位于身体质心上方的脚掌在支撑身体、运动驱动、运动平稳等方面都起到关键作用；竖直面内大壁虎在不同方向运动时运动行为和脚掌功能所发生的相应改变，使得大壁虎能够在竖直面上安全高效地自由运动.

这项研究由国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金面上项目、青年基金和国家高科技研究发展计划联合资助，采用新的测试方法所获得的研究成果丰富了以往人们对大壁虎竖的研究，对TDOF机器人的结构设计、步态规划和控制的选择有所启发和帮助，是近年来大壁虎研究的一个新突破，但研究人员表示，这项研究属于一项基础性工作，希望能为未来大壁虎各项研究工作的开展建立起一个新的科学平台。