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模拟壁虎爬墙手套是利用什么原理

发布时间: 2022-10-01 22:24:34

❶ 蜘蛛侠手套的吸附原理

研究小组指出,普通的胶带必须按压在物体表面才能粘起来,而模仿壁虎的粘结工具能在滑动过程中也依附在物体上。壁虎的脚上覆盖了数十万细小刚毛,而每一根刚毛的顶端拥有数十至数百个接触点。这些接触点小到可以同物体表面的分子发生作用,从而产生巨大吸附力。

❷ 仿生机器人壁虎的美国仿生机器壁虎“粘虫”

美国仿生机器壁虎“粘虫”(Stickybot),由美国斯坦福大学教授马克·库特科斯基的研究小组开发,足底长着人造毛(由人造橡胶制成)。这些微小的聚合体毛垫能确保足底和墙壁接触面积大,进而使范德瓦尔斯粘性达到最大化。
美国五角大楼已有兴趣开发爬行手套和爬行鞋,这些都是受壁虎的活动启发。库特科斯基表示,“粘虫”式机器人还可作为行星探测器或救援装置使用。 参与研制这种机器人的科学家Mark Cutkosky解释了这种神奇吸力手的原理,在每个吸力手上,都有数百万根由人造橡胶制造的毛发,每根细毛的直径大约只有500个纳米左右,比人类的毛发还细很多,每根这种毛发的长度则只有不到2微米,这使得“粘人”的吸力手能非常的接近玻璃壁的表面,这样的结构还能够使得人造橡胶毛发中的分子和玻璃壁分子的距离异常接近。 此时,两者的分子们之间会产生一种奇异的自然现象,分子弱电磁引力,也叫“范德瓦尔斯力”。每一对这种力大约可以帮助毛发产生抓起一只蚂蚁的力量。
虽然每一对力并不大,但是数百万根毛发产生的这种吸力却能够产生惊人的力量。根据斯坦福大学分子物理学科学家们的研究,2平方毫米大小内的100万根这样的毛发就能够支持提起20公斤重量。所以要让机器人能够附着在直壁上,吸力手只需要增大分子接触面。
在每根毛发的末梢,还有上千根更加细小的毛发分枝,每根毛发分枝的前端又有一个分叉。无数的这种“范德瓦尔斯力”集合起来,“粘人”机器人也就自然能在墙壁上行走了。事实上,壁虎也是使用了手掌上数百万级的被称为“刚毛”的毛发完成同样的工作的。 这项发明可不仅仅是为了乐趣,Mark Cutkosky表示,由于“粘人”机器人的爬墙能力并不像此前,利用真空吸盘靠大气压力吸附在垂直壁上的机器人那样依赖大气压,所以这种新机器人在将来可以用在太空探索、空间卫星维修和特殊环境的救险中。
此外“粘人”机器人也引起了美国军方的关注,他们希望能够进一步开发这种产品,让它们能为特种作战的士兵提供爬行手套和爬行服装。

❸ 根据壁虎爬墙原理发明的壁虎手脚套

有 前几年报道过 当时没在意 现在就只有一点印象了

❹ 壁虎是怎样爬墙的

壁虎的脚趾端扩大的时候呈现盘状,在显微镜下可以看清楚上面有由许多细微的角质蛋白的刚毛,而且刚毛的数量多达150万根。每一根刚毛就像一个小钩子的末端,能够在光滑的表面上产生足够的摩擦力。虽然一些表面看起来是光滑的,实际上还是有很微小的突起,刚毛就是抓住这些突起来固定的。

壁虎除了具有高超的爬墙本领之外,它们还有不可思议的逃生本领。壁虎的天敌一般是蛇,在遇到蛇后它们会迅速地爬到墙缝里面,或者找个角落躲起来。如果逃不过天敌的攻击,它们甚至会放弃自己的尾巴来保全性命。壁虎在断掉自己的尾巴之后,尾巴的神经还在发生作用,它掉在地上还在剧烈的摆动来吸引敌人的注意力,这样壁虎就能够趁机逃跑。然而壁虎并不担心会没有尾巴,因为过一段时间又有新的尾巴长出来了。

❺ 壁虎能在竖直的墙上爬行,而不掉下来,甚至是在光滑的玻璃上面也行,这是利用的什么原理

C保鲜膜原理 利用无数绒毛与墙面接触的分子间引力

❻ 科学家是怎样从壁虎身上发明了爬墙机器人

受到壁虎的启发,科学家研发了一款坦克状机器人,它可攀爬垂直的墙壁,并可在不使用吸盘、胶水或其他液态粘合物的情况下附着表面,以攀越墙壁等物体突出的狭长部分。
这款重240克的机器人带有履带,履带上覆盖着仿壁虎足尖绒毛制作的干的微细纤维。正是有了这些绒毛,壁虎才拥有了众所周知的几乎不费力迅速攀爬窗户与墙壁的本领。
壁虎之所以有这样的本领,多亏了这上亿根的被称为刚毛的超细绒毛。这些绒毛与攀爬物表面相互作用,产生了着名的分子引力“范德瓦尔斯力”。
英国研究期刊《智能材料与结构》周二称,这款机器人的履带缀满了蘑菇状的聚合微纤维帽,它们只有0.017毫米宽,0.01毫米高。相比之下,人类头发约为0.1毫米粗。
研究者是来自加拿大不列颠哥伦比亚省伯纳比西蒙·弗雷泽大学的杰夫·克拉恩。他说:“虽然据信范德瓦尔斯力相对很弱,但是蘑菇帽提供的稀薄柔韧的突出部分确保了机器人与物体表面的接触面积增至最大限度。”
坦克机器人的爬行速度达到每秒3.4厘米,它重240克,可负重110克。

❼ 壁虎的脚掌有许多"吸盘"是利用什么物理知识使其附着在墙上。

吸盘贴在墙上时,与墙之间的空隙很小,几乎没有,根据压力计算方法,内测没有空气,因此不存在大气压,也就没有由墙指向吸盘的力。而外部有大气压,因此有将吸盘压在墙上的力。在根据摩擦力计算公式,f 等于 摩擦系数 乘以 正压力,由于摩擦系数与正压力都不为零,壁虎有受重力向下运动的趋势,因而收到一个向上的摩擦力,与重力平衡掉以后,壁虎就能贴在墙上了

❽ 人们根据什么发明了什么

  • 现代的雷达——一种无线电定位和测距装置:科学家研究发现蝙蝠不是靠眼睛,而是靠嘴、喉和耳朵组成的回声定位系统.因为蝙蝠在飞行时发出超声波,又能觉察出障碍物反射回来的超声波.科学家据此设计出了现代的雷达——一种无线电定位和测距装置

  • 科学家通过对海豚游泳阻力小的研究发明了能提高鱼雷航速的人工海豚皮;以及模仿袋鼠在沙漠运动形式的无轮汽车(跳跃机)等.

  • 前苏联科学院动物研究所的科学家在企鹅的启示下,他们设计了一种新型汽车--“企鹅”牌极地越野汽车.这种汽车的宽阔的底部,直接贴在雪面上,用轮勺撑动着前进,行驶速度可达50公里/小时.

  • 澳大利亚国立大学的一个科研小组通过对几种昆虫的研究,已经研制出一个小型的导航和飞行控制装置.这种装置可以用来装备用于火星考察的小型飞行器.

  • 英国科学家在仿生学启发下,正在研制一种可以靠尾鳍摆动以S形“游水”的潜艇新式潜艇的主要创新之处是使用了被称为“象鼻致动器”的装置.“象鼻”由一组用薄而柔软的材料做成的软管组成,模仿肌肉活动,推动鳍的运动.这种新式潜艇可以充当水底扫雷潜艇,用来对付最轻微的声响或干扰便会引爆的水雷.

拓展阅读

仿生在具有生命之意的希腊语bion上,加上有工程技术涵义的ics而组成的词。大约从1960年才开始使用。生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多,仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科[1]。例如关于信息接收、信息传递、自动控制系统等,这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。可举出的仿生学例子,如将海豚的体形或皮肤结构应用到潜艇设计原理上。仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科,而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较,进行研究和解释的一门学科。

仿生是模仿生物系统的功能和行为,来建造技术系统的一种科学方法。它打破了生物和机器的界限,将各种不同的系统沟通起来。

运用仿生方法可创制新的机械,发明现代化识辨仪器,改进通信系统,设计新颖的工艺和研制人工脏器等。如现代的飞机、极地越野汽车、雷达系统的电子蛙眼、航海的声纳系统、航空建造工程的蜂窝结构、人工肾及人工心脏等,都是仿生的结晶。

来源于网络

❾ 科学家还根据什么,发明了什么。

1、利用苍蝇发明了蝇眼透镜

眼睛是一种“复眼”,由3000多只小眼组成,人们模仿它制成了“蝇眼透镜”。“蝇眼透镜”是一种新型光学元件,它的用途很多。“蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的,用它作镜头可以制成“蝇眼照相机”,一次就能照出千百张相同的相片。

(9)模拟壁虎爬墙手套是利用什么原理扩展阅读:

仿生学即是指把大自然中生物生命的运行规律及特点运用到社会管理当中,通过对生物研究来解释和解决社会问题。比如把社会比作人体,大脑相当于领导和统治国家的政党,器官相当于社会上的各种政府及社会机构,我们每个人相当于细胞,人体内的各种生命规律相当于法律。

网络-仿生学

❿ 通过壁虎发明了什么

早在公元前4世纪,古希腊哲学家亚里士多德就对壁虎高明的爬行能力感到“大惑不解”。多少年来,人们对壁虎飞檐走壁的秘诀一直众说纷纭,壁虎脚底的粘着力究竟是怎样产生的呢?美国加利福尼亚大学伯克利分校的科学家罗伯特·福尔等人经过研究发现,看上去不起眼的壁虎,居然是自然界数一数二的“应用物理大师”。它脚底的力量,竟然来自宇宙中最基本的物理学原理——分子引力。他们的研究成果发表在最新一期美国《国立科学研究院学报》上。
起先人们认为,壁虎能贴在光滑的天花板上,靠的是四个脚掌上神奇的吸盘,其实情况并非如此。
生活中有些现象常常令人困惑不解,例如,一种长约10厘米、背呈暗灰色的爬行纲四足小动物壁虎,能在光滑如镜的墙面或天花板上穿梭自如,捕食蚊、蝇、蜘蛛等小虫子而不会掉下来。多少年来,人们对壁虎飞檐走壁的秘诀一直众说纷纭,许多人习惯地认为,壁虎能够在直立的玻璃表面疾步如飞,甚至能贴在光滑的天花板上,靠的是四个脚掌上神奇的吸盘。与此同时,壁虎高超的攀爬能力也一直是科研人员重点研究的对象。
科学家通过实验发现壁虎能够在一块垂直竖立的抛光玻璃表面以每秒一米的速度向上高速攀爬,而且“只靠一个指头”就能够把整个身体稳当地悬挂在墙上。除了能在墙上竖直上下爬行外,壁虎还能够倒挂在天花板上爬行,这一绝技更令其他动物望尘莫及。
壁虎脚底的粘着力究竟是怎样产生的呢?美国加利福尼亚大学伯克利分校的科学家罗伯特·福尔等人经过研究发现看上去不起眼的壁虎,居然是自然界数一数二的“应用物理大师”。它脚底的力量,竟然来自宇宙中最基本的物理学原理———分子引力。靠着这种力量,一只身长2英寸的壁虎,用它不过几平方毫米大小的脚掌,理论上能够毫不费力地提起重达40公斤的重物!
壁虎脚底一根刚毛能够提起一只蚂蚁的重量,而使用全部刚毛就能够支持125公斤力。
那什么是分子引力呢?分子引力也叫范德瓦尔斯力,是中性分子彼此距离非常近时产生的一种微弱电磁引力。由于这种引力过于微弱,通常没有人加以注意。比如,当我们把手贴到墙上时,也会产生分子引力,但由于实际接触面积太小,可能只有数千个接触点,人的手掌不会被吸附到墙壁上。
但壁虎就不一样了,它的每只脚底部长着数百万根极细的刚毛,而每根刚毛末端又有约400根至1000根更细的分支。这种精细结构使得刚毛与物体表面分子间的距离非常近,从而产生分子引力。虽然每根刚毛产生的力量微不足道,但累积起来就很可观。根据计算,一根刚毛能够提起一只蚂蚁的重量,而100万根刚毛虽然占地不到一个小硬币的面积,但可以提起20公斤力的重量。如果壁虎同时使用全部刚毛,就能够支持125公斤力。科学家说,壁虎实际上只使用一个脚,就能够支持整个身体。
壁虎能在多么脏的物体表面都能行走,它的脚不会自动分泌液体,但有着自动清洗的功能。
壁虎又是怎样自如地控制脚上的吸力呢?科学家用显微摄像机录下壁虎在玻璃上爬动的情况,发现当壁虎试图移 动脚掌时,需要付出比吸住附着物时高600倍的力量,并将脚趾伸展到30度以上才能达到目的,这就如同人们扯下粘贴的胶带时所做的一样。而且,即使在真空环境下,它脚上的粘着力也不会失灵,这说明壁虎不必分泌任何物质以维持附着力,也不需要借助空气负压“吸”住物品。
研究人员认为,模仿壁虎脚底的这种结构,有可能研制出粘合力超强的新型胶纸。它具有易于被揭下、不对物体表面造成损伤、可反复使用等优点。
此后,美国路易斯-克拉克学院的科学家在研究中意外地发现了壁虎能够轻而易举附着于物体表面的另一原因:它们能自动清洁爪子绒毛上的脏物,以避免从爬行的表面脱落。
以前,科学家们也曾经猜测壁虎的脚可能有着自动清洗的功能,但它是如何保持脚的清洁及其原理却是个未解之谜。壁虎从不清理自己的脚,而且脚部也不会自动分泌液体。路易斯-克拉克学院的凯拉·奥特姆和温迪·汉森对壁虎的这一神奇功能进行了研究,他们发现,不管壁虎在多么脏的物体表面行走,当它走了几步之后,脚上的脏物就会自动脱落。他们认为,壁虎脚在踩踏脏物之后,脏物的颗粒堆积在绒毛表面,而不是粘在绒毛上,因此在堆积到一定程度之后脏物颗粒在重力的作用下就会脱落。
在壁虎脚趾微结构的启示下,科学家开始研制超级附着技术。
研究生物力学的奥特姆认为,这项发现对希望发明更好的粘合剂的科学家来说是一个好消息,因为只要能够把绒毛做得足够小,就可能产生和壁虎刚毛一样强大的粘合力。
由此,在壁虎脚趾微结构的启示下,超级附着技术呼之欲出。例如,科学家正在据此开发的一种强力干性粘合剂,这种粘合剂将使用一种与壁虎爪指上的绒毛类似的人造绒毛。
不久前,英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈·盖姆及其同事宣称他们的研究取得了重大进展:他们模仿壁虎脚趾的微结构研制了一种柔韧的胶布,上面覆以上百万根人工合成的绒毛,每根毛的长度不足2微米。