1104 / 2023-03-06 10:19:45

基于固-液-气三相界面的蜜蜂湿粘附机理研究

自然界中复杂多样的湿粘附系统启发了各式各样的仿生粘附表面。虽然这些已经被广泛的应用于智能机器人、可穿戴设备、生物医学领域，但是相应的湿粘附机理仍然未得到充分揭示。本文发现了一种固-液-气三相混合界面的动态湿粘附调节机制，建立了蜜蜂湿粘附的生物力学模型，发展了自然界湿粘附系统的粘附理论。通过低温扫描电镜技术(Cryo- SEM)表征了蜜蜂足垫（粘附垫）和足迹的微纳尺度结构，在足垫与基底接触界面上发现了气穴的存在。基于此，建立了包含足垫微结构、分泌液体和空气三相界面的湿粘附模型，分析了蜜蜂足垫的湿粘附特性。研究表明，蜜蜂足垫的微纳结构能够产生液体自吸效应和空气栓塞效应，通过控制接触区分泌液体的体量调节法向和切向的粘附力。其中，空气栓塞效应能够在液体体量较少时增强切向粘附力，实现弱法向粘附与强切向粘附的并存，有利于蜜蜂在基底上的高动态爬行。该研究工作可为开发具有可控粘附性能的仿生湿粘附表面提供新思路。