实现上墙自由的壁虎——爬山“虎”(4)

图6 大壁虎在不同倾斜度基底上下攀爬运动中前后脚掌的运动角度（图片来源:作者提供）
此外，黏附脚掌的运动姿态保持不变，主要表现为：前后脚掌运动角度（包括偏航和俯仰角）在单个黏-脱附周期中的变化趋势保持一致，前后脚掌偏航角都具有先减小后增大的趋势。此外，前脚掌和后脚掌的运动姿态具有明显差异：前脚掌俯仰角的变化趋势与后脚掌相反，前脚掌俯仰角先减小后增大，而后脚先增大后减小；且前脚掌的运动角度范围相比后脚掌更大，这种差异性这主要是由于前脚和后脚具有不同的解剖结构和功能需求。研究结果展现了壁虎前后黏附脚掌在黏-脱附周期中的运动行为具有一致性，这体现出脚掌黏-脱附运动周期中存在的节律性，这种运动规律减少了黏附脚掌在应对不同环境时运动调控的复杂性。

图7 大壁虎在前后脚掌在黏脱附运动周期不同阶段的姿态展示（图片来源:作者提供）
大壁虎的柔性黏附脚掌在不同环境下的黏-脱附运动周期具有相同的规律，包括脚掌在空中的摆动姿态以及在接触基底时候的弯曲程度等，这主要是因为脚掌具有刚柔耦合的结构特性和特定的黏附功能需求。那么面对环境的变化，大壁虎可通过调节具有多自由度的肢体的运动，配合脚掌的黏-脱附运动，实现在各种环境下快速、稳定的攀爬运动，成为飞檐走壁的高手。
“大侠壁虎”启发我们，对于具有大柔性脚掌结构和高自由度肢体的仿生黏附机器人，脚掌的运动控制往往具有通用性，肢体则要根据环境的变化进行适应性调节。同样地，我们是否还能从其他的神奇动物身上得到启发，设计有趣又有用的发明呢？这可能就是科学的迷人之处。
备注：所有图片均来自南京航空航天大学仿生所运动力学组。
出品：科普中国
作者：宗卫佳 王周义 (南京航空航天大学)
监制：中国科普博览
审核：毛萍 赵鹤凌
参考文献：
[1] Zong, W., Wang, Z., Wang, B., et al. Behaviours in Attachment-Detachment Cycles of Geckos in Response to Inclines and Locomotion Orientations. Asian Herpetological Research, 2022, 13(2): 125-136.