深度解析《Science》发表哈佛团队“水上漂”机器人，居然源于哈工大
热、热、热！重要的事情说三遍！伴随聒噪的蝉鸣，这炎炎夏日，蒸的我们每个人都心烦意乱。无时无刻，除了救命的空调遥控器，也就只有水，大面积的水，才能引起我们一丢丢的兴趣。
蝶泳蛙泳自由泳，总之进水之后，便也重获新生了。但自古以来，关于水，我们最期望解锁的还是下面这种姿势—轻功水上漂。但除了武侠小说，至今这种功夫也只是神话吧。
人类想法设法办不到的，自然界的某些动物却有与生俱来的本领。
像这种双冠蜥，挺着傲娇的脑袋，迈着滑稽的步伐在水上飞奔而过，简直羡煞旁人。这种类似于特异功能的绝技，人类自身做不到，但是我们可以模仿他们研发类似的机器人。
水黾
两年前，南韩首尔大学和美国哈佛大学魏斯仿生工程研究院，在大名鼎鼎的《Science》上发表了一篇文章，他们深入透彻的研究了水黾的运动机理，研究了一款可以在水上行走，跳跃的仿生机器人。
这架体重只有68毫克、身长仅有2公分的微型机器，却有着4条足足有5公分的腿。虽然密度远大于水，却能稳稳停在水面上，而且弹跳的最高垂直加速可达 14 g，离开水面时最高峰速则可达每秒1.6米，让这架机器人能够从水面跳起达 14.2 厘米高，超过自体身长 7 倍，完美重现自然界水黾的跳跃实力。
那么问题来了，水黾和这个微型仿生机器人是如何拥有此等超能力的呢？这得益于三点：1、水的表面张力；2、水黾全身的疏水性绒毛；3、腿部的特殊结构。
液体具有表面张力，它的每一个分子都会在各自方向上受到临近分子的吸引力与排斥力（吸引力为主），在液体内部这些力是可以完全抵消的，但与空气接触的液体由于只受到朝向液体内部的吸引力，而促使它们更加紧密的结合在一起，有的甚至被压到水面以下，使液体的表面积收缩，形成张力，并对外部的压力有一定的抗拒力。
因为有表面张力的存在，从水龙头上滴下来的水底才会是聚集在一起成类似的圆形；我们小学就知道的毛细现象也得益于液体的表面张力。当然，最重要的是，表面张力允许了比他密度大的物体漂浮在液体上面。比如，如果摆放姿势正确，比水密度大很多的针都能漂浮在水面上。更何况有着特殊结构的水黾和仿生机器人呢。
小时候喜欢玩荷叶，摘一个大大的荷叶再在上面洒一把水，看着水珠在上面滚来滚去，感觉特别神奇。长大后才知道，原来是因为荷叶表面有一层疏水性的结构，结合水的表面张力，就造就了下面这种奇观。
大自然很厉害，让很多生物具有这种疏水结构，荷叶具有疏水性，使得它有“自清洁”的功能，也成就了它“出淤泥而不染”的美名。水黾的全身也具有疏水性，从而避免破坏水的表面张力，能更轻松的在水面行走。
科学家们也对这种疏水性非常好奇，它们通过各种手段研究疏水材料，它们甚至可以利用超疏水性的材料，制造“水往高处流”的“超疏水泵”。当然，仿生水黾机器人的腿部，也涂上了类似的超疏水的纳米材料。
水往高处流
要说水黾的结构，最特殊的就是它的大长腿，长腿使它与水面的接触面积很狭长，完美的将本就不大的重力分散开。从水面上跳跃时，它的4 只腿会采用「渐进式加速」，其峰值力（peak force）始终维持在 144 mN/m 以下，以避免破坏水的表面张力；同时，其腿部还会往内收合，以尽可能增加接触水面的时间，这麽做能够提升它向上的推力达 42% 之多。
仿生水黾机器人参照水黾的真实比例，腿部末端的「脚趾」处呈弯曲状，仿照跳蚤腿部设计的力矩翻转弹射（torque reversal catapult）跳跃机制，会逐渐增加腿部的往下的施力，总之，一切都仿照的非常完美。
虽然，发表在《Science》上的是哈佛大学的团队，但最早仿照水黾，研发出水上漂机器人的其实是我们哈工大的团队。他们早在2012年的时候，便制作了一个仿生机器人，可以漂浮在水面上，并且向前滑行。在这里给哈工大点个赞。
哈工大的仿生水黾机器人
当然仿生只是第一步，科学家们期望的，是通过仿生研制出可以完成复杂任务的水面机器人，像水黾机器人那样，可以做一个集群，散布于河川海洋来监控生态和水质，也可以协助紧急救灾搜寻，甚至可以用在军事上当“间谍”，总之，它会朝着更不可思议的方向发展。