两毫米的小洞你却稳稳命中这是啥黑科技？军用爬墙机器人为啥能在垂直墙面如履两毫米的小洞你却稳稳命中平地？_ZAKER新闻
这是啥黑科技？军用爬墙机器人为啥能在垂直墙面如履两毫米的小洞你却稳稳命中平地？_ZAKER新闻
这是中华文明生动多彩的画卷――
▲没暖气也不怕冷的 " 秘密武器 "！珊瑚绒家居服，亲肤舒适暖暖哒 ~要不说兔子家的演习总能爆出来黑科技嘛，前有中泰 " 突击 -2024" 联训解放军遛机器狗，后有中新 " 合作 -2024" 联训亮相爬墙机器人。在这场演习中，中方队员们利用爬墙侦察机器人精准掌握暴恐分子的人数、位置和动向，那这款可沿楼宇墙面爬行，进行抵近式隐蔽侦察的特种机器人到底是怎么飞檐走壁的呢？ 爬墙机器人其实有两大核心，一是能在各种墙面上如履平地的吸附技术，二是能在垂直与水平面自由切换的运动机构。吸附是爬墙机器人首先要解决的难题，无论是冷冰的玻璃、高耸的水泥墙面，还是光滑的瓷砖、甚至可能带有弧度的金属表层上，它必须在都能稳定停留。 我们知道，人类攀岩手脚都得找凸起点，壁虎用爪子上的微小绒毛结构来增大摩擦力，机器人要想趴在墙上，就需要一种强大的、可调节的吸附系统。当前较为成熟的方案是负压吸附，通过特殊设计的密封垫圈和微型真空泵，机器人在紧贴墙面时能迅速抽走接触面与外界之间的空气。当这个个密封空间内的空气被部分抽走后，内部气压低于外部大气压，外面更高的气压就会 " 迫不及待 " 地把接触面紧紧压在一起。 你可以想象一下，拿一个带有吸盘的挂钩，用力压在光滑的墙面或玻璃上，然后轻轻一拉，挂钩就很难拉下来了，这种常见的生活现象正是负压吸附的基本原理。而爬墙机器人就是利用这个原理在垂直墙面上稳稳地 " 站 " 住的，负压吸附说起来并不复杂，本质是利用压力差造成的吸附力。▲某型爬墙机器人内部结构示意图，中间圆形部分即为负压吸附装置要在现实中实现这种吸附效果，爬墙机器人需要几个关键部件，首先是特殊设计的 " 吸附模块 "，通常包括带有密封垫圈的吸盘结构。 这个垫圈必须有良好的弹性和适应性，能够与墙面紧密贴合，把空气密封起来。由于墙面材质千差万别，有的很光滑，有的粗糙不平，如果密封性能不好，空气容易漏进去，负压就无法维持。比如，当爬墙机器人攀爬玻璃幕墙时，平滑表面有利于贴合，但若有水滴或灰尘，就会影响密封效果，这时控制系统可能会通过传感器检测吸附力降低，从而增加抽气力度，或命令机器人稍作移动，选取更干净的接触点。当面对粗糙的混凝土表面，柔性垫圈的弹性就起关键作用，它能在凸凹不平的表面中挤压出较好的贴合面。如果仍有缝隙，机器人控制系统可能会让吸附点稍微移动几毫米，寻找最佳位置。有的设计甚至允许吸附模块进行微小的旋转或偏移，以此找到表面纹理中的相对平整区域。因此，吸附模块的材料选择很重要，比较常用的方案是采用柔性、耐磨、还能适应轻微表面不平度的橡胶或聚合物材料。同时，垫圈的设计也会考虑到不同表面的情况，比如设计成环形或多段独立压紧点，以便在微小缝隙和凹凸中仍能保证相对严实的密封。▲某种负压吸附装置还有一种思路是分区吸附，这种不是只有一个大吸盘，而是使用多个小型吸附模块组成的阵列。这样万一其中某一模块在某点的吸附效果不好，其他模块还可以分担压力，整体依然保持足够的附着力。同时，多模块设计也方便机器人进行分区管理，通过智能控制，让每个小吸附单元各司其职，针对局部减压或泄漏做精准补偿，这样 " 吸盘阵列 " 就能像一个团队共同努力抓牢墙面。有了密封结构，接下来就要排气了，在机器人内部，会安装微型真空泵或者气流抽取装置，当机器人将吸附模块贴上墙面，它的控制系统会启动这些泵，把吸附模块内部的空气不断抽出，让内部气压下降。再就是为了解决能耗和噪音问题，爬墙机器人往往还要在内部设计了一个循环系统，把部分抽出的空气导向内部的特殊舱室，再利用控制阀门和精密调节，让内外气压在微观层面处于平衡状态，减少频繁抽气的需要。这样既能降低能耗，又有利于减小噪音，保持侦察等隐蔽任务的静音要求，像现在做得比较好的负压吸附系统可以使得机器人噪音控制在 50 分贝以下，非常利于军事侦察任务，在此次联合训练中亮相的克莱明爬墙侦察机器人，使用的应该就是负压吸附方式，除了负压吸附，还有磁性吸附，主要是通过调节电流强弱改变磁力大小，使机器人像一只掌握磁场的机械昆虫一样，牢牢贴在在具有金属成分的墙体上，不过这种方式局限性比较大，毕竟要是墙面不具备磁性，磁力再强也无济于事。另有一些仿生学思路试图模仿壁虎脚掌的分形结构，让机器人足部使用大量微纳米级细纤维与墙面产生范德华力，实现如同壁虎般的 " 干粘附 " 效果，但这类技术尚在探索阶段，所以，目前较为成熟和通用的仍是负压式吸附。有了吸附能力，机器人便能呆在墙上，但这只是第一步，接下来它还需要在墙面上移动，这就要处理重力方向与传统地面运动大不相同的挑战了。地面行走中，轮式或履带式的移动方式已经很成熟，可在墙上，轮子贴着垂直面转动，阻力、摩擦力和平衡感都与平时截然不同。我们知道，当你在攀岩时，一般会先用一只手抓牢岩壁，再抬起另一只手寻找下一个支点，然后换脚，再换手，在这个过程中，你不可能同时放开所有抓点，否则你会掉下去。爬墙机器人也是如此，它使用多个吸附模块，每次移动时，至少保留部分吸附点牢固贴紧墙面，然后放开其他吸附点进行位移，当新的吸附点稳固后，再次交替释放旧的吸附点。当然了，这个过程需要精确的时序控制和力学计算，以确保机器人在整个移动过程中始终有牢固的 " 抓点 "，在切换吸附点的那一瞬间不会产生振荡和滑落。另一个关键是运动机构的柔性驱动设计，由于爬墙机器人面对的墙面有时并不平整，甚至有弧度、凹槽或突起。柔性驱动的就是让机器人能通过软性材料、弹性元件或柔性关节，在遇到不平整的表面时，能像攀爬生物一样灵活扭动身体适应环境。在爬行过程中，柔性驱动可根据传感器的反馈快速调整驱动力方向与大小，使机器人能够在垂直方向上灵活转向，避开障碍或找到更适合吸附的区域。柔性驱动有很多种，有的采用类似于气囊或柔性材质的驱动器，通过充气或抽气改变其形状，类似于软体机器人那样弯曲变形，实现贴合墙面的动作。有的使用智能材料，如形状记忆合金，通过温度控制改变构件的形变特性，使机器人像拥有肌肉和关节一样，在柔性驱动和吸附 - 移动交替模式的双重加持下，爬墙机器人就实现了动态适应。▲基于形状记忆合金弹簧驱动柔性脊柱的仿壁虎机器人或许在未来，爬墙机器人将变得更加智能、更具适应性，帮助人类到达危险而不可及的垂直空间。而这一切的基础，正是看似不起眼但其实玄妙非常的吸附技术与运动机构设计，它们是一切垂直奇迹的真正背后推手。koa12jJid0DL9adK+CJ1DK2K393LKASDad
编辑:李秉贵
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（作者为国务院参事室特约研究员、中国劳动学会会长）
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