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乍一看，牆壁爬行機器人和壁虎似乎沒有太多共同之處。也就是說，直到你仔細觀察它們各自如何附著在攀爬的表面上，數以千計的細小毛髮附著和分離，以提供抗重力牽引力。
最大的區別在於，這些小蜥蜴已經以這種方式移動了數百萬年，而研究人員在過去的十年裡才開始嘗試在他們的機械造物中模仿這種自然現象。加州大學伯克利分校的研究人員上個月在Langmuir（美國化學學會的期刊）上線上報告了生物模仿領域的最新成功，他們創造了一種粘合劑，該粘合劑上佈滿了毛髮狀的微纖維，這些微纖維在沿著表面移動時可以自行清除碎屑。
加州大學伯克利分校電氣工程和計算機科學教授、正在開發這種新材料的研究團隊負責人羅恩·費林說，這種粘合劑如果應用於全地形機器人的輪胎上，可以使其在牆壁和天花板上快速移動，也許是為了在災難後搜尋倖存者。“壁虎是能夠粘附並在表面上快速移動的最大生物之一，”他說。“它透過開啟和關閉其粘合劑來實現這一點。”
費林表示，每個壁虎腳趾（每隻腳有五個）都包含數千根微毛，這些微毛通常長 100 微米，直徑 5 微米。（一微米約為十萬分之四英寸。）微毛的粘附能力來自於接觸、拖拽和咬合表面，而不是向下壓在表面上（如膠帶一樣）。由於毛髮在壁虎腳趾上呈一定角度，因此當沿一個方向移動時，它會卡在表面上，但當沿相反方向移動時，可以從表面上釋放。“事後看來，這非常有道理，”他補充道。“它的腳應該只在它們想要粘住時才粘住。”
壁虎腳趾上的毛髮由角蛋白（人類頭髮、皮膚和指甲的主要成分）製成，而費林和他的團隊則用聚丙烯聚合物製成。這使它們具有足夠的硬度，可以密集排列在他們設計的模擬壁虎腳趾的 0.4 x 0.8 英寸（1 x 2 釐米）的白色塑膠片上。他們將塑膠條連線到垂直位置的玻璃片上，然後將一個小砝碼連線到貼片上。在記錄貼片在滑落之前可以承受的最大重量後，研究人員重新貼上貼片並增加了更多重量。“每次測試後，可以承受的負載逐漸增加，這表明汙染物顆粒正在被去除，”費林說。目標是創造一種與壁虎具有相似粘附力的粘合劑，壁虎可以承受每平方英寸約 64.5 牛頓（每平方釐米 10 牛頓）的力。
研究人員在實驗中提高了難度，他們在人造壁虎腳趾粘住的玻璃表面上散佈了微小的碎屑。這樣做是為了研究合成毛髮在脫離和重新附著到表面時，如何去除汙垢並保持其粘附力。隨著每次模擬步驟（旨在提供類似於壁虎步驟的力），掉落的顆粒數量越來越多。經過 30 次模擬步驟後，粘合劑脫落了“行走”時收集的顆粒的約 60%。
傳統的膠帶很快就會被它們接觸到的顆粒汙染，並且在取下膠帶時不會脫落大部分顆粒，這意味著如果重複使用膠帶，可用的粘合劑就會減少。
加州大學伯克利分校的工作，在過去十年中獲得了包括國家科學基金會和國防高階研究計劃局 (DARPA) 在內的政府組織 200 萬美元的資助，建立在 凱拉爾·奧特姆（俄勒岡州波特蘭市路易斯與克拉克學院的副生物學教授）領導的研究基礎上，他確定壁虎透過每一步脫落汙垢顆粒來保持腳的粘性和清潔。該領域的其他研究可以追溯到 2003 年在英國，當時曼徹斯特大學的科學家創造了一種原型粘合劑——0.155 平方英寸（1 平方釐米）——其上附著有微加工的聚醯亞胺毛髮陣列，並固定在柔性基底上。
研究人員現在正在研究他們的粘合劑在粗糙表面上的粘附能力，在粗糙表面上，能夠接觸到的毛髮更少。對此的一個可能的解決方案是創造合成毛髮，其毛髮尖端突出更小的纖維，方向不同，使每根毛髮更能咬合不平坦的表面。費林和他的同事將在今年年底前致力於此項工作。
除了為機器人提供牽引力外，可重複使用的粘合劑在辦公用品、服裝甚至可穿戴假肢中也有許多實際用途。例如，相框可以固定在牆上，無需釘子或膠水，以後可以移動，而不會在牆上留下孔洞或粘性殘留物。“看看鞋子，”費林補充道。“有什麼東西可以防止它在溼瓷磚上打滑嗎？壁虎可以在溼葉子上行走，甚至可以粘附在水下表面。”