西安交通大學(xué)邵金友教授團隊多年致力于仿生智能機械的開發(fā)與應(yīng)用研究，設(shè)計了一種集“粘附”與“傳感”為一體的多級結(jié)構(gòu)，巧妙地為仿生結(jié)構(gòu)添加一根“神經(jīng)”，提出“可感知接觸的仿生粘附”新概念，實現(xiàn)從傳統(tǒng)“結(jié)構(gòu)仿生”到“功能”仿生的突破，團隊與香港理工大學(xué)鄭子劍教授展開合作，最近在《先進功能材料》報到了相關(guān)工作進展："Bioinspired Hierarchial Structures for Contact-Sensible Adhesives"。
1、可感知粘附多級結(jié)構(gòu)的設(shè)計
作者采用具有優(yōu)異粘附性能的“蘑菇形”微結(jié)構(gòu)作為頂部粘附層，采用離散支撐的微柱陣列作為基底以引入電容式力傳感器（圖1左）。在外力的作用下，底層結(jié)構(gòu)發(fā)生較大形變，導(dǎo)致電極距離改變，從而輸出與之對應(yīng)的電容相應(yīng)曲線，獲得力傳感功能。實驗證明，此種多級結(jié)構(gòu)不僅表現(xiàn)優(yōu)異粘附性能，而且可對拉力、壓力及切向力快速響應(yīng)，滿足實際應(yīng)用中可能涉及復(fù)雜力耦合的特殊要求（圖1右）。
圖1 多級結(jié)構(gòu)設(shè)計及其載荷響應(yīng)
2、傳感性能與結(jié)構(gòu)的定量規(guī)律
作為傳感器最重要的工程參數(shù)之一，靈敏度的確定直接影響了實際應(yīng)用中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。文章通過大量實驗與理論計算，發(fā)現(xiàn)在不同載荷和不同變形行為下，靈敏度均可表示為與結(jié)構(gòu)深寬比和占空比（橫向空間占有率）相關(guān)的簡單冪律解析式，從而為未來粘附結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論依據(jù)。
圖2 傳感器性能與幾何尺寸的定量規(guī)律
