广州小雨seo2004年，中国南航第一代“壁虎”仿生机器人问世。经过七年的改造和完善，研究团队在改善运动协调、遥控和运动更新等问题的基础上，于2011年成功实现了壁虎的90度自由爬行。
这项研究由中国南方航空公司的戴振东教授领导。在此期间，戴振东教授负责了《类壁虎仿生机器人的关键基础》项目。在该项目中，他们建立了实验动物的标准化实验室饲养体系，研究了壁虎运动仿生所需的生物神经信息学和运动力学协调等基本问题，为特种机器人学、神经信息学和运动生理学等相关学科的融合与交叉发展奠定了基础。
根据雷锋的《人工智能科技评论》，自南航仿生结构与材料保护研究所成立以来，戴振东教授的团队对壁虎、鸽子、树蛙等十多种昆虫鞘翅进行了研究，还研究了泡沫金属的制备和性能，以及数十片叶片的微观结构与疏水性的关系。现在，这种仿壁虎机器人实现90度自由爬行已经有7年了。我相信每个人都会对他们的最新研究非常好奇。
作为中国仿生学研究领域的领军人物，戴振东教授将出席CCF-GAIR会议并发表主旨演讲，与大家分享仿生机器人的研究经验和未来发展。
会前，雷科技评论网对戴振东教授进行了电子邮件采访，谈及此次仿生机器人论坛的亮点。戴振东教授表示，本次论坛将理论联系实际，既有前沿探索，又有落地应用。
在采访中，戴振东教授表达了以下观点：
仿生学是一个交叉和前沿领域，涉及许多学科。这门学科可以用“跨学科交叉整合”、“激发创意”、“前沿探索”和“工程应用”等关键词来表达。
仿生学在中国的发展可以追溯到古代，如“木牛流马”，渔船摇摆，鲁班发明木锯。
仿壁虎机器人成功的关键因素包括研究机器人如何感知附着和接触状态，感知自身重力角，并通过学习掌握相应的运动模式。
仿生学研究的难点在于，从研究生物学到理解生物学再到工程实现的周期太长，许多人无法坚持。
戴振东教授还指出了仿生学研究中存在的问题——懂动物运动的生物学家不懂机器人控制，而懂机器人控制和软件编程的研究人员很少知道机器人是如何运动的。他说，这两个领域的专家需要更多的交流和相互碰撞。
戴振东，博士，教授，博士生导师。1983年、1986年和1999年，他分别在南京航空航天大学获得学士学位、硕士学位和博士学位。2002年，仿生结构与材料保护研究所成立，并担任所长。国家自然科学基金第13、14信息科学部咨询评估专家，国家863计划评估专家；国际仿生工程学会中国代表，固体润滑国家重点实验室学术委员会委员，摩擦学学会常务理事；中国仿生工程学会筹备委员会委员；《摩擦学学报》，《J of Bionic Engineering》，《Friction》等。有超过7名学术期刊编辑，以及几十名仿生学/摩擦学/机器人学国际学术会议的学术成员。
出版了4部专著，如《动物行为仿生学》、《壁虎的运动力学与运动仿生》和《摩擦体系热力学引论》。他发表了260多篇期刊论文，他领导的研究所的所有教师都是中国国家自然科学基金的负责人。目前，他主要从事运动仿生学(仿生学和生物机器人)、轻质多功能仿生结构与材料、热力学和摩擦系统表面技术的研究。
以下是雷锋人工智能技术评论对戴振东教授的专访：
1.仿生学融合了许多学科，如生命科学、脑科学、工程学、数学等。你会用什么关键词来定义这个学科，它与其他学科的交叉和关联主要集中在哪个层面？
仿生学是一个十字架
一方面，通过研究生物学的机理和规律，启发工程设计和技术发明；
另一方面，其他学科提出的问题和提供的研究手段引导了研究目标，为生命科学的发展提供了新的手段。
以我所熟悉的运动仿生学为例，工程领域对动物机器人的需求导致了一个在脑科学和神经科学领域尚未受到重视的问题。另一方面，微电极阵列的制造和植入需要机械工程和生物力学的介入，神经信息的获取、传输、处理和分析需要微电子学、无线信息传输技术、数学等学科的融合。
以仿壁虎机器人的运动力学和控制策略研究为例，人们以前并没有意识到壁虎运动反应模式的重力角相关性。实验表明，壁虎的运动反应模式有三种，它们与重力角密切相关，这为爬壁机器人的控制提供了直接的启示。在此过程中，机械工程和测试技术是开发力传感器和运动反作用力测试系统的支撑，计算机和信息处理为后续分析奠定基础。该研究成果不仅丰富了仿壁虎机器人的生物学内涵，也启发了仿壁虎机器人的控制设计。
综上所述，仿生学是一座桥梁，可以沟通和联系不同的学科，取得双赢的结果；仿生学是播种机，是原始创新的源泉和种子。
2.中国仿生学的领先研究是什么？与国外相比，国内仿生学研究的重点有哪些异同？
中国仿生学的研究历史源远流长，“道是自然”是中国哲学的核心内涵之一。“木牛刘妈”的故事，渔船的摇摆，鲁班发明的木锯，都反映了中国古代仿生学的创造。
当代中国的仿生学研究始于20世纪50年代，中国科学院生物物理研究所进行了许多开创性的探索，但遗憾的是，这一研究在文化大革命期间中断了。20世纪90年代，陈炳聪院士和任露泉院士在仿生防粘连方面进行了开创性工作，实现了技术成果的转移和商业化应用。
中国科学院姜磊院士和北京航空航天大学在表面疏水-亲水、疏油-亲油研究领域达到了国际一流水平，形成了具有中国特色的理论体系和指导原则，技术成果得到了很好的应用。
21世纪以来，国内仿生学研究队伍发展迅速，研究水平有了很大提高。
与国外研究相比，我国仿生学研究的主要优势在于工程领域，与工程的需求和问题相关。如果按照生物学研究的文献进行应用研究，其优点是工程问题可以很快解决，但缺点是对生物作用的机理还没有很好的了解，而且常常被怀疑是仿生学。
近年来，生命科学领域的学者开始关注仿生学研究，如成都生物研究所的唐教授和中国科学院动物研究所的部分学者积极参与相关研究。
国外研究团队中有很多生物学家，德国就是典型的代表。例如，生物学家在促进“荷叶效应”方面发挥了很好的作用。在美国，军方大力推动了这类研究，如壁虎粘附机理和粘附材料的研究。动物运动控制的研究具有很强的军事背景。
3.你的研究包括运动仿生学，它涉及揭示动物运动的机制结构、感知控制和行为规则。这个过程中的关键技术是什么？
动物运动仿生学是一门系统技术，从最终形成产品的角度来看，许多环节都非常重要。从机理上看，仿生附着运动需要爬行运动机构，而不是普通的直立运动机构。如何保证仿壁虎机器人的脚与其运动表面形成有效的锁定(产生附着)，如何感知附着和接触的状态，如何感知自身的重力角度，如何通过学习掌握相应的运动模式等。是科尔
自南航仿生研究所成立以来，我们做了以下研究：壁虎和鸽子的运动控制，壁虎、树蛙和各种昆虫的附着和接触动力学，十多种昆虫鞘翅的开合规律，昆虫鞘翅的结构，泡沫金属的制备和性能，几十片树叶的微观结构与疏水性的关系等。
研究动物的选择是基于实际的工业需求：
鉴于反恐对爬壁机器人的需求，我们选择壁虎进行研究和仿生学，因为壁虎可以在各种表面快速移动，这是最合适的选择；
针对复杂空间飞行探测的需要和卫星飞行器寿命短的特点，研究了鸽子的运动控制，因为鸽子是典型的飞行动物，适合家庭使用；
鉴于航空航天对轻质结构的需求，研究了鞘翅、骨等生物的轻质结构和材料特性；
根据工程超大表面的要求，研究了泡沫金属的多功能应用。
生物对象的研究方法根据不同的研究需要而不同。在运动仿生方面，我们将传统的行为研究方法与机械测量方法、电荷测量方法和实际接触面积测量方法相结合，建立了系统的研究方法，并开发了相应的设备；在神经控制方面，我们建立了一种新的基于模型动物的脑立体定向方法，并研制了脑立体定向仪。我们研究了壁虎的脑地图，探索了壁虎和鸽子运动的空间编码区，并通过切片和染色确定了壁虎和鸽子的运动行为与脑区域的关系。此外，我们使用扫描电镜和切片的方法来研究生物组织如鞘脂的结构和形态，并使用纳米压痕技术来研究生物材料的力学性能。
5.你在2002年发表的论文《边缘甲虫跗爪系统的粗糙度相关摩擦力》被引用了200多次。在这篇论文中，你对跗甲虫做了什么研究？得出了什么结论？
我们发现昆虫爪在粗糙表面上的附着可靠性取决于爪末端的指尖半径R与粗糙峰的等效球面半径R之比，R/R=1，这使得机械锁定难以形成。本研究提出了爪子对动物的附着能力与爪子末端结构之间的关系，可以指导抓取机器人的设计。
6.今年3月，你带领团队发表了论文《一个有柔性垫和爪子的生物启发攀爬机器人》。这个攀爬机器人取得了什么突破？
仿壁虎机器人的实际应用面临许多科学问题，包括工程问题和许多关键技术。我们团队在机器人机构设计与驱动、粘合材料制备与应用、机器人步态规划和动态仿生学等方面取得了系统而全面的进展。并在核心技术上取得了突破，为实际应用奠定了良好的基础，但仍需进一步满足工程要求。
7.你对壁虎仿生学做了很多研究。壁虎运动仿生学的研究是什么时候开始的？对壁虎做了什么研究？
我们团队对壁虎仿生学的研究始于2002年，当时我们在实验室建立了一个壁虎繁殖基地，以确保实验对象的可用性。我们研制了力传感器来测试壁虎等动物的运动力学，发明了多种新的实验研究方法和设备，测量了壁虎等动物从地面到天花板的运动反应，发现并构建了运动反应模型，为机器人的控制提供了主要启示。
我们开发了基于碳纳米管阵列和聚合物的仿壁虎粘合材料，初步实现了核心技术的可控性。我们还根据国家需要开发了各种仿壁虎机器人。从科学发现、技术研究到产品实现，我们实现了研究的全过程创新。
8.壁虎仿生的发展历程是什么？目前工程上的主要应用是什么？
人们对壁虎的兴趣可以追溯到两千多年前。在2000年之前，人们普遍认为壁虎通过吸盘附着在墙上。2000年，Full团队认为壁虎的附着依赖于范德华力。后来，许多团队研究和开发了各种仿生粘合材料，如戴顿大学的戴林(Dai LM)、德国的西蒂(Sitti)和韩国的凯思特(Kaist)。在国内，我们与美国莱斯大学、芬兰奥卢大学、中国科学院苏州纳米技术研究所等单位合作开发碳纳米管阵列，还与航天部门合作研究仿生附着技术在航天领域的应用。
目前，在壁虎附着技术的研究体系中，美国在国外取得了快速的进展，代表性的团队有斯坦福团队(Stanford team)和伯克利Full团队(Berkeley Full)，他们完成了失重飞行器上附着材料的实验和轨道上的初步实验。中国南航团队完成了悬浮目标的附着捕捉，取得了良好的效果。仿壁虎机器人的应用正根据工程要求积极推广。
9.如何将壁虎的研究转化为工程应用？将生物研究转化为工程有什么困难？
将壁虎研究转化为工程的最大问题是需要系统的工程知识和经验。大学和研究机构往往极具创新性，但它们缺乏工程能力、经验和应变能力，而企业则缺乏创新环境和积累。
仿生学研究的难点在于，从研究生物学到理解生物学再到工程实现的周期太长，许多人无法坚持。此外，缺乏跨学科的学习和合作渠道，科研与工程实践之间也缺乏对话能力。
10.仿生学的未来发展前景如何？目前该学科发展面临的主要挑战是什么？
跨学科融合是当前科学技术发展的主要特征之一，仿生学正是生命科学、工程科学、信息科学和材料科学跨学科融合的产物。我们面临着原始技术不足的压力，而仿生学是激发原始想法的源泉，它必将为国家的技术创新做出巨大贡献。
该学科面临的主要挑战是人才缺乏，现在生命科学和其他工程学科的人才极度缺乏。此外，目前的培训系统不支持这种交叉和整合，因为交叉比较困难，而且很少有有影响力的资深专家。希望仿生学研究能得到进一步的支持和理解。
11.全球机器人联盟大会今年首次召开了一次关于仿生机器人的特别会议。在你看来，这是否意味着学术界和工业界越来越重视仿生学？
是的。事实上，从国家自然科学基金的申请中，可以清楚地看到仿生机器人已经成为学者们关注的焦点。目前的问题是，了解动物运动的生物学家不了解机器人控制，而研究机器人控制和软件编程的研究人员很少知道机器人是如何运动的。这两个领域的专家之间的对话需要调到相同的频率，他们应该能够理解对方的语言。建议今后组织更多的跨境交流会议，为双方带来更多的碰撞机会。