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人造黏附裝備–爬牆高手的秘密武器

105/09/26 1708

賴婉婷｜國立臺灣博物館研究組

歐陽盛芝｜國立臺灣博物館

李冬齡｜美國馬里蘭大學植物學研究所

很快人類將可像蜘蛛人一樣成為爬牆高手，直接用手掌及腳掌攀岩、嘗試極限運動、清洗高樓窗戶、進行高空作業或救援，這些應用開發源自於美國史丹佛大學馬克•克高斯基（Mark Cutkosky）教授所研發成功的仿生壁虎足人造黏附裝備，由體重70公斤的團隊成員測試這種新型黏附裝備，成功地在直立光滑的玻璃牆僅花90秒就爬升3.7公尺，黏片可以安全地黏附於牆上，而僅靠兩個安全踏板支撐身體重量，測試者甚至放開雙手豎起大拇指！

克高斯基教授使用矽氧樹脂微型錐體（microwedge）模擬壁虎剛毛來製造人工壁虎黏片，每塊黏片為2.5x2.5 平方公分，包含數十萬個微型錐體，每個微型錐體是由長度100微米的微小鋸齒狀聚合物結構組成。當頂端剛接觸物體表面時並不黏，稍微施加力量讓微型錐體頂端傾斜增加接觸表面積時，才會產生黏性，因此用特定角度就能恢復原狀而剝離。實驗時利用仿肌腱的方式將連結彈簧的黏片串起，以繫繩組裝24塊黏片成為一塊140平方公分的八角形板子，剛好是單手可握住的大小。

原本科學界認為人類攀牆的想法於現實生活中不可實現，英國劍橋大學動物系沃爾特•費爾德（Walter Federle）教授今（2016）年初才剛在美國《國家科學院期刊》發表研究報告推論動物的身體體積越大，黏附足墊佔身體表面積的比例也需越大，因此「壁虎是能夠攀附在光滑垂直牆壁上的最大動物」，人類除非演化出至少要大到穿歐洲鞋碼145號的超級大腳，才可能像壁虎一樣在牆上行走自如，這項結論卻立刻被史丹佛大學推翻。

其實美國國防部高等研究計劃署（Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA）早在2000年就開始推動「Z俠研究計畫」（Z-Man project），由美國麻薩諸塞州劍橋市的德雷珀實驗室（Draper Laboratory）馬特•古德曼（Matt Goodman）博士執行，目的是為了解決美軍在都市環境作戰時可能面臨的挑戰。2014年曾將塗佈著模仿壁虎足結構的可逆性彈性體聚合纖維製成稱為「壁虎皮」（Geckskin）的特殊布料，研發出人造「壁虎手套」（Gecko-Inspired Gloves），接觸物體時能像壁虎足一樣牢牢黏附在表面。如果將一塊100平方公分的壁虎皮黏附在玻璃上，就可吊掛300公斤的重物；體重99公斤且背負23公斤裝備的軍人雙手戴著壁虎手套，能不需借助繩索或梯子等工具攀爬7.6公尺高的玻璃牆，不僅能快速到達目標地域，且能搶佔制高點。但當時開發的裝備只能向上爬，若改變方向就會立刻掉落，因此刻正研究改善技術中，預定2018年即可提供特種部隊實際使用。（本文由科技部補助「向大自然借鏡：生物行為的科學解密」執行團隊撰稿）

責任編輯：歐陽盛芝／國立臺灣博物館
審校：歐陽盛芝／國立臺灣博物館

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