这篇论文的研究内容由意大利热那亚的意大利技术研究所生物启发软机器人实验室的Isabella Fiorello及其团队完成，研究成果发表在2023年IEEE国际软机器人会议（RoboSoft）上。研究的核心是开发一种微型化的、无缆的移动攀爬机器，该机器采用植物启发的微图案粘附轮，能够在复杂和非结构化的三维表面上攀爬。
随着科技的进步，微型机器人在环境监测、生态保护和空间探索等领域的应用越来越受到关注。尤其是植物在生态系统中的重要性，促使科学家们探索如何利用植物的特性来设计和制造微型机器人。Fio研究团队受到攀爬植物（如Galium aparine）的启发，设计了一种新型的微型攀爬机器人，旨在解决在复杂自然环境中移动和附着的挑战。
研究团队首先设计了一种基于G. aparine的攀爬机制的微型机器，该机器配备了两个毫米级的轮子，轮子表面覆盖有方向性排列的微钩。这些微钩通过机械锁定的方式与表面相互作用，确保机器能够在不平坦的表面上稳定攀爬。研究中采用了两光子光刻技术（two-photon lithography），这是一种高分辨率的三维增材制造技术，能够高效地微制造出复杂的结构。具体而言，研究团队使用了Nanoscribe Photonic GT系统进行微制造，这种设备能够实现高精度的微结构打印，确保了机器组件的高质量和高重复性。
在微制造完成后，研究团队对微钩在自然复杂表面（如植物叶子）上的剪切力进行了表征。实验结果表明，微钩在不同植物叶子上的附着力表现出显著的差异，最高可达16.9 N/cm²。这一发现为微型机器在自然环境中的应用奠定了基础。研究团队还进行了攀爬测试，验证了微型机器在25°倾斜的叶面上攀爬的能力。实验表明，配备微钩的机器能够成功攀爬，而没有微钩的机器则无法完成攀爬。这一结果展示了微钩在攀爬过程中的关键作用。
在研究过程中，团队面临了多个挑战。首先，微型机器的设计和制造需要高精度的技术支持，尤其是在微钩的形状和排列上，任何微小的偏差都可能影响机器的攀爬能力。其次，如何在不同的自然表面上实现有效的附着也是一个重要的研究难点。不同植物的叶子具有不同的表面特性，这要求微钩能够适应多种环境。此外，微型机器的动力系统和电源管理也是研究中的一大挑战。研究团队采用了轻量化的电池和微电机，以确保机器在攀爬时的灵活性和稳定性。
研究为微型攀爬机器的开发提供了新的思路和方法。未来，研究团队计划进一步优化微钩的设计，探索不同材料的应用，以提高机器在各种自然环境中的适应能力。此外，团队还希望将该技术扩展到其他类型的自然表面，如木材和岩石，以实现更广泛的应用。随着技术的不断进步，微型机器人在环境监测、生态保护和空间探索等领域的应用前景广阔。通过不断的研究和开发，未来的微型机器人将能够在更复杂的环境中执行任务，为科学研究和生态保护提供重要支持。
其团队的研究展示了微型化、植物启发的攀爬机器在复杂自然环境中的潜力。通过高精度的微制造技术和对植物特性的深入理解，研究团队成功开发了一种新型的微型攀爬机器人，为未来的生态监测和环境保护提供了新的解决方案。随着研究的深入，期待这一领域能够带来更多创新和突破。
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https://doi.org/10.1109/RoboSoft55895.2023.10122001