【儀表網 研發快訊】近日，上海交大機械與動力工程學院振動、沖擊、噪聲研究所張文明教授團隊提出了一種基于序貫相變粘附的動態捕獲策略，為航天微重力環境下非合作目標的柔順高效捕獲提供了新的解決方案。研究成果“Dynamic capture enabled by sequential phase-switching adhesion”發表在期刊Science Advances上。博士生李若章為論文第一作者，張文明教授為通訊作者。
近年來，受壁虎啟發的仿生粘附材料在智能制造、機器人、柔性電子、生物醫學等領域展現出良好的應用前景。而在航天工程領域，動態粘附捕獲技術有望突破傳統機械捕獲的限制，為空間碎片清除和在軌檢修等應用場景提供新方案。然而，要在高相對運動、短接觸時間和復雜碰撞條件下實現可靠的動態捕獲，并滿足多階段任務需求，仍面臨關鍵科學與工程難題。當前的技術路徑主要依賴復雜的機械緩沖與傳感控制系統，既增加了系統體積與重量，也無法在極短的碰撞時間內實現界面保護與高效能量耗散，成為制約動態粘附實際應用的主要瓶頸之一。
針對這些挑戰，研究團隊利用形狀記憶聚合物(SMP)智能材料的相變可調特性，將材料力學性能與捕獲任務多階段需求進行精準匹配。在捕獲碰撞階段，SMP置于高粘彈性特性主導的過渡區，能夠完成高效沖擊能量耗散并延緩界面裂紋擴展，實現可靠抓捕；在操控階段，SMP切換至堅硬的玻璃態，提供高連接剛度與強界面粘附力，確保穩定精準搬運和轉移；在釋放階段，SMP進入柔軟的橡膠態，降低粘附強度，實現低能耗、可控分離。基于該調控策略，研究團隊設計了由仿生微結構粘附層和SMP框架型背襯層構成的復合型智能粘附結構。實驗表明，該結構可在單位面積動能超過3800J/m²的高能碰撞中實現穩定捕獲，其性能較目前的動態粘附捕獲系統提升約6倍，并表現出良好的柔順適應性、抗反彈能力和循環復用性。研究團隊進一步將該智能粘附結構集成于微型捕獲機器人前端，并在地面自由漂浮環境下開展了全流程動態捕獲模擬試驗，驗證了其在航天微重力環境中的可行性與穩定性。
該研究不僅為航天非合作目標捕獲任務提供了全新的技術路徑，也為仿生粘附材料在高動態場景下的應用開辟了新方向。未來，該技術有望在空間在軌服務、智能飛行機器人、工業生產線裝配等領域發揮重要作用。
該研究工作得到了國家自然科學基金項目的資助。
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