一种用于攀爬机器人在粗糙表面上实现超强可逆粘附力的分子毛发聚合物

《Matter》：Ultra-strong reversible adhesion for climbing robots on rough surfaces by molecular-hair polymer

分子毛粘合剂实现粗糙表面强粘附与低预加载，应用于攀爬机器人及太空任务。

　　

进展与潜力

尽管在受壁虎启发的粘合剂方面取得了显著进展，但在实现优异的表面适应性和强粘附力方面仍面临巨大挑战——尤其是在粗糙和不平坦的表面上。本研究开发了一种受壁虎启发的分子毛发聚合物粘合剂，具有以下独特优势：(1) 优异的表面适应性；(2) 在极低预载（约0.3 kPa）条件下仍具有超强粘附力（280.6 kPa）；(3) 易于分离（1.3 kPa）；(4) 可制造大面积且形状可定制。此外，这种粘合剂使攀爬机器人能够在从光滑到粗糙的各种表面上垂直攀爬。

亮点

• 这种分子毛发聚合物在粗糙表面上具有超强粘附力（280.6 kPa）

• 强粘附力源于润湿性、分子相互作用以及可调的模量

• 使用这种粘合剂的攀爬机器人可以在各种表面上垂直攀爬

总结

尽管在受壁虎启发的粘合剂方面取得了显著进展，但在实现优异的表面适应性和强粘附力方面仍面临巨大挑战——尤其是在粗糙的表面上。在这项研究中，我们设计了一种具有“分子毛发”结构的粘合剂，其在粗糙表面上表现出强粘附力（280.6 kPa）、易于分离（1.3 kPa）以及在极低预载（约0.3 kPa）下的优异性能。通过温度调控分子毛发的熔化和结晶过程实现了这些特性。这些优异性能归功于增强的润湿性、与目标表面的纳米级分子相互作用以及高度可调的硬度（1.97 kPa–149.3 MPa），从而使其能够始终紧密贴合粗糙表面。将这种粘合剂嵌入到具有表面适应性的机器人足垫中，使其能够在光滑和粗糙的表面上垂直攀爬。我们的研究代表了粘合剂设计领域的突破，为下一代多功能粘合剂的发展提供了新的途径。