航天領域，是人類探索浩瀚宇宙、展現科技力量的前沿陣地，也是國家安全和實力的重要組成部分。現代航天器的智慧水平不斷提高，但這些技術無法取代人的直覺、判斷和創造性。因此，航天員始終是航天探索的核心與關鍵。他們在太空中執行任務時，面臨著獨特的生理和心理挑戰。而應對這些挑戰，正需要我們不斷探索新的解決方案。
（圖源《知識就是力量》雜誌）
生理的考驗
失重，是載人航天任務中最關鍵的環境因素之一。它會讓航天員處於飄浮狀態，沒辦法“腳踏實地”地生活和工作。同時，長期處於這種環境中，航天員體內的液體會向頭部轉移，那些在地球重力環境下形成的感官刺激會減少，導致與之相關的身體部位出現逆向變化。
這種環境可能會引發一系列失重生理問題，包括骨質疏鬆、肌肉萎縮和耐力下降等，在一定程度上損害航天員的身體健康。
航天員正在天和核心艙中鍛鍊（影片截圖）（供圖 / 中國載人航天工程辦公室）
與失重抗衡
為了緩解失重帶來的健康負面影響，進行體育鍛煉是一種極有效的手段。在空間站中，跑步機、腳踏車功量計和抗阻力訓練裝置，是維護航天員健康的3種關鍵裝備；而套帶、企鵝服、拉力器和下體負壓裝置，則作為重要的輔助工具。然而，這些鍛鍊裝置不能為屈肌（能減少關節兩側骨骼之間角度的肌肉）提供力量刺激，並且大部分裝置體積龐大、質量大，使得發射成本高昂。
在航天員空間站行走和位置保持方面，目前主要採用勒系式的固定方式。現用的輔助裝置，主要為扶手、腳限制器、綁帶等。這些艙內輔助裝置的位置相對固定，且調節性有限。在執行艙內任務時，航天員可能會被迫採取不自然的受力姿勢，容易導致相關肌肉的疲勞。因此，根據航天員行走、鍛鍊需求提出新的鍛鍊方法，併發明相應的裝備，是非常迫切的需求。
航天員正在輔助固定裝置的幫助下進行日常鍛鍊（圖源《知識就是力量》雜誌）
在太空“飛簷走壁”
在自然界，許多生物都擁有在牆面和天花板上附著及移動的能力，如壁虎、蒼蠅、蚊子、蜘蛛等。這要歸功於它們特殊的足底剛毛陣列結構。
這些剛毛看上去就像微縮版的牙刷刷毛，整齊地排列著。與牆壁面接觸時，會形成足夠多的介面實際接觸面積。而當接觸介面區域的分子距離足夠近時，會產生名叫“範德華力”的分子間作用力。眾多剛毛接觸區域形成的範德華力匯聚後，便能支撐著生物自由地“反重力”漫步。
南京航空航天大學仿生團隊從這些自然界的“飛簷走壁”高手身上找到靈感，研製出了仿生黏附鞋。鞋子底部設定有仿壁虎黏附材料，航天員穿上仿生黏附鞋後，可以靈活地固定位置、進行鍛鍊，緩解在失重環境中易產生的肌肉萎縮和骨礦物質流失等問題。而且，仿生黏附鞋佔地空間小，使用過程具有靈活性和趣味性，為航天員的失重生理防護提供了新的裝備。
作為太空生活背後的“黑科技”，仿生黏附鞋已成功服役於我國神舟十五、十六、十七號載人飛船，幫助航天員在軌鍛鍊和工作兩不誤。
南京航空航天大學仿生團隊研製的壁虎仿生黏附鞋（供圖 /姬科舉）
壁虎仿生黏附鞋，是仿生學在航天領域的一次嘗試。科研人員利用科學的視角，發掘自然界生物生存智慧背後的基本科學規律，獲得了具有仿生特色的新方法和新技術，助力我國航天事業持續騰飛。
撰文 | 姬科舉
責任編輯 | 牛一名 張麗涵
運營編輯 | 張麗涵
質量稽核 | 業蕾
❖ 來源：《知識就是力量》雜誌
《仿生黏附鞋 —太空中的“壁虎俠”》❖
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