飛檐走壁看未來

若有一天，人類能像壁虎一樣運用黏著能力，生活在垂直甚至倒懸的世界中，那該有多美妙啊!

壁虎效應帶給了人們無限的想象空間，在科學家不斷努力下，可以飛檐走壁的未來越來越值得人們期待。

壁虎創意

壁虎效應在日常生活中隨處可見，譬如，抓地輪胎、攀巖手套、大樓清潔員的防護設施、隨處可黏的背袋以及無需鈕扣的外衣護等，都是通過受了壁虎粘著功能的啟發。

從2000年起，奧特姆教授及其帶領的研究團隊便開始了對壁虎效應的研究，希望能找出一些經濟實惠的方法來復制出能讓人附著在垂直墻面上的“壁虎貼布”。

奧特姆教授的團隊成員首先對壁虎的黏著力做了精密的理論計算，再以納米壓印技術把掃描式穿隧電子顯微鏡的探針壓印在蠟模上，復制出直徑約為10微米、高度約為20微米的錐體，整體看起來，就好像散布在膠帶上的顆粒。

這樣的結構與壁虎的剛毛相比，雖然顯得簡單，卻能夠產生約200×10-9牛頓的黏附力，只不過比起壁虎腳上層次狀的結構來，仍然無法與表面緊密有效地接觸。

斯提博士與莫菲博士進一步改善了制程，制造出直徑4微米的規則數組結構，使得人造剛毛不僅分布更均勻，密度也更高，黏著效果因此也大幅提升。但由于材料性質的限制，它在重復使用上仍有困難。

自我組裝技術

奧特姆教授的研究團隊曾參與美國國家科學基金會贊助的研究計劃。在這一過程中，斯提博士提出了一套由小到大的成形技術，期望有朝一日能透過分子自我組合的方式達成目標，這就是納米自組裝技術。

有別于以往由大到小的制造概念，這種方法透過精微的參數控制，不僅可制造出“高寬比”極高且具有耐久性與疏水性的人造剛毛，或許還能有效降低成本并增進生產速率。

動人的壁虎貼布

2003年，來自英國曼徹斯特大學物理暨天文系的杰姆教授帶來了新的突破。他首先針對材料特性挑選出性質良好的聚亞醯胺，再以成本昂貴的電子束微影制程與干蝕刻技術，成功制造出規則排列的剛毛數組，以及令人眼睛一亮的壁虎貼布。

雖然礙于成本，杰姆教授的貼布僅有0.5平方厘米大小，但它所能提供的黏附力卻可把15厘米高、40克重的蜘蛛人玩偶吊在天花板上。

這樣的壁虎貼布缺點還是有很多，除了制造成本特高之外，重復使用性與耐久性依然是棘手的問題。雖然以聚合物制成的剛毛能產生不錯的效果，但在撕離時很容易斷裂，且會因為剛毛凝聚而塌在底部的材料平面上，使效果大打折扣。

此外，人造材料的強度始終比不上壁虎的天然角質剛毛，這是目前在材料上亟待克服的難題。

納米碳管異軍突起

由于納米碳管兼有強度與彈性的優異性質，2005年，美國壬色列理工學院的阿則葉教授與俄亥俄州亞克朗大學化學工程研究所的研究生貝杜爾·亞杜瑪肯，為了克服先前壁虎貼布材料性質的限制，提出一套多層納米碳管的化學氣相沉積制程，制作出孔隙度達87％的開放式發泡體薄膜結構。該結構由排列準直的納米碳管陣列組成，在微觀下具有強大的黏著效果。

這個結構不僅具有壁虎干式黏著的特性，納米等級下的黏附力量甚至遠勝壁虎剛毛200倍有余。然而，以納米碳管做為貼布材料，除了成本較高外，微小碳管對人體的不良影響至今尚無定論，且同樣存在剛毛脫落與斷裂的問題。

“壁虎化”設計

為了讓人造剛毛更加“壁虎化”，2005年，來自美國加州大學圣芭芭拉分校機械暨環境工程系的金柏莉·特納博士成功地運用微機電制程，制造出了整體化的多尺度順從結構，這是科學家首次用這一方法所得到的成品是1平方厘米的黏著板。

這種黏著板內含2500個多層次結構組成的數組，其中每個結構的微板經微影加工都具有多樣的幾何外形，因此，可獲得極佳的彎曲特性。微板上密集地覆蓋著許多準直排列的有機桿；至于底下，則以高寬比極高的單晶硅圓柱作為支撐。

這種層次化結構整體看來共有3層：第1層是模仿剛毛的單晶硅圓柱，高約50微米、直徑由下而上遞減成1微米的頂針；第2層是模仿剛毛分叉的方型硅芯片，厚度是2微米，面積是100微米×150微米；第3層如匙突的有機桿，約2微米高，直徑在50微米～200微米之間。

比起傳統單層剛毛，這種結構具有更好的黏著效果，且若增加其表面疏水特性，可進一步加強黏附力量。因此，特納博士推測：疏水性質或許是強化壁虎黏著能力的一項重要原因。

研發過程中，最重要的莫過于突破剛毛的重復使用性。傳統單層剛毛結構隨著使用次數的增加會逐漸失去黏性，但整體性的多尺度順從結構在多次使用后，依然能保持幾乎完全相同的黏著效果。特納博士發展的制程技術，不但加大了壁虎貼布量產的可行性，也可為困擾已久的重復使用問題帶來新的解決之道。

機器人未來式

具備攀附能力的機器人能完成許多傳統機器無法勝任的工作，如石油工業與核能發電廠的儲槽檢驗，高樓大廈的清潔，甚至是太空站的維護等。

基于從壁虎得來的靈感，卡內基梅隆大學機械系微型機器人實驗室的斯提博士與菲爾林教授討論了有關攀墻機器人的可行性，思考如何把這種既干燥、又不受磁性與動力來源限制的黏著功能運用在機器人的發展上。

以往，這類機器人大多依賴真空或磁力，但磁效應只能在磁性金屬表面上發揮作用，真空吸力則受氣壓與表面平坦度的限制。

倘若斯提博士的夢想成真，具有壁虎黏著能力的機器人就再也不需要背著泵浦，也無需擔心它們會在凹凸不平及非磁性的表面上摔跤了。

披荊斬棘創新機

雖然壁虎貼布尚未量產，但斯提博士與研究同仁卻早已開始設計攀墻型的機器人。

2004年，斯提博士提出兩種源自壁虎創意的攀墻機器人：其中一種是左右輪各有3片黏墊的輪足型機器人，另一種則是像戰車般有黏性履帶的機器車，雖然在設計上使用的仍是傳統黏膠，但兩者都能在平滑的垂直面上行進，前者可在110°近乎倒懸的平面上移動，后者也能在70°的坡面上攀爬。

2005年，他們克服輪足型機器人在轉彎時的限制，使輪足型機器人在遭遇行進過渡區域時也能穩穩地從水平面爬上垂直墻角，且在110°的表面上能以每秒6厘米的速度前進。

不僅如此，斯提博士的團隊在詳細分析壁虎步伐與運動力學后，還研發出了移動速度約每秒1厘米，行動模式有如壁虎般能夠行進、轉向，且順利地爬上85°過渡區的壁虎型機器人，而這兩種機器人都能通過紅外線通訊進行半自動化的操控。

目前，斯提博士的團隊除了持續提升壁虎型機器人的爬行能力外，也致力于開發干燥、重復性高，且具有自我清潔能力的壁虎貼布，藉以改良目前使用的人工黏著劑。

人類對于壁虎的研究歷經數千年，如今才有較深入的了解，而人們在大自然中所得到的創意與啟示，遠遠超乎人們的想象。

縱然大自然不曾言語，卻默默地顯露著深邃的智能。老子《道德經》有言：“人法地、地法天、天法道、道法自然?！弊匀唤缬肋h是人類最好的老師。

人類除了要善于觀察自然、師法自然，更應當尊重自然、保護自然，這才是恒久之道。