华科团队十年磨出“蜘蛛侠”机器人

最初只为擦玻璃 如今能爬大飞机机身

科技博主“阿如科学+”拍摄真空吸附机器人测试场景。 （湖北日报全媒记者 李源 摄）

湖北日报全媒记者 李源 张竞恒 黄洁如

你见过能跑、会跳，甚至会飞的机器人，但你见过能和地心引力“较劲”的机器人吗？

华中科技大学机械科学与工程学院（以下简称“机械学院”）的实验室里，一台外形酷似扫地机器人的黑色“小盒子”稳稳吸上墙面。

没有吊索牵引，也不用人搀扶，伴随着真空泵的啸叫声，它左右腾挪、跨越坡面、倒挂行走，颇有几分“蜘蛛侠”的意思。

“它真正要爬上的不是普通墙面，而是万吨巨轮船体、风电叶片、大飞机机身、钢结构桥梁等‘大国重器’。”机械学院真空吸附机器人项目骨干石颖说。目前，这支创新团队尚未成立公司，已吸引多家企业主动对接。

项目10年前起步，最初是为了擦玻璃

机器人为什么要学会“爬墙”？答案藏在工业应用的真实场景里。

万吨巨轮、风电叶片、飞机机身……这些设施设备的尺寸越来越大，表面也越来越复杂，但打磨、巡检、检测等工作，很多仍要靠人工完成。高空、粉尘、噪声、狭小空间，是绕不开的风险。

用机器人代替人类干这些活是很自然的想法。但传统机器人要么“够不着”，要么“上不去”。真空吸附机器人的诞生，正是冲着这些“高处、险处、难处”而来。

2016年，还在读本科的石颖参与了机械学院一个“擦玻璃机器人”项目。这台能吸在玻璃窗上缓缓移动的机器人，引发了机械学院教授陶波的深度思考。

“真空吸附技术应用场景很广泛，如果只用来擦玻璃有点可惜，能不能向加工制造领域延伸？”陶波的建议让团队成员茅塞顿开，也为这个项目此后的发展埋下伏笔。

“吸附是这款设备最突出的能力。它最终能成为什么样的机器人，取决于它吸在什么样的表面上。”石颖说。

真空吸附机器人研发区域旁，摆着一套机械学院为某央企研发的高端加工设备原型机。尽管这台设备诞生于10多年前，但它一直提醒着进出实验室的教师和学生：科技创新不能只停留在图纸和论文里，必须面向真实场景，解决重大问题。

2019年，团队做出真空吸附机器人样机；2021年，初代产品定型。在机械学院的推动下，两家大型央企为真空吸附机器人提供了测试场景。经过近半年现场应用，真空吸附机器人在大尺寸构件表面打磨领域展现出远超人工的效率。

光轮子就测了40多种，所有改进都基于真实需求

从样品到产品，从产品到商品，对于一支高校创新团队来说，“完善”二字背后，是一条漫长而艰难的工程化之路。

“通俗地说，它就是一台吸力很强的扫地机器人，只不过工作场景不在地面，而在空中。”团队有关负责人说。传统真空吸附机器人擅长贴在平整、光滑的墙面或天花板上，但风电叶片、船体外壳、飞机机身都有弧度。机器人一旦爬到曲率较大的部位，“吸盘”就容易漏气，轻则打滑，重则脱落。

要让吸附机器人真正具备自主作业能力，“吸得住”是第一步。为此，团队成员借鉴人体气管结构，设计出“该柔则柔、该刚则刚”的仿生吸附腔。就像人转头、歪头时仍能顺畅呼吸一样，有了仿生吸附腔，机器人在姿态变化时仍能保持稳定工作。

进入风电叶片打磨场景后，新的问题很快出现了。打磨产生的大量粉尘，不仅影响吸附腔密封，还可能导致电路损坏。为彻底提升场景适应性，团队一年内对机器人进行了两次迭代，最终实现整机极强的防尘能力。如今，在人需要穿防护服、佩戴呼吸器的恶劣环境中，真空吸附机器人也能从容作业。

更细的较真，藏在不起眼的轮子里。对真空吸附机器人来说，“吸得住”和“走得稳”是一对矛盾的能力。吸力大固然好，但吸得太紧，机器人就像被“按”在表面上，行动阻力随之增大。因此，在行走能力和吸附能力之间找到平衡点，是确保机器人稳定作业的关键。

为了找到合适的方案，团队累计测试了40多款轮子，材料、厚度、直径、花纹各不相同，仅这一项工作就花了近半年时间。“合适的轮子让机器人有了更强的曲面行走能力，可应用于很多特殊场景。”

去年以来，真空吸附机器人的各类版本逐步定型，累计申请、获批专利超过60项，核心技术全面自主可控。

十年坚守，即将迎来产业化关键一跃

过去一个月里，团队骨干几乎没有好好休息。

之所以如此投入，是因为在大家心里，这早已不只是一个科研项目，而是一项必须推向市场、创造实际价值的成果。

以石颖为例，从本科阶段参与“擦玻璃机器人”项目算起，他已经在真空吸附机器人方向投入整整10年时间。

从第一版图纸到第一台样机，从一次次失败测试到逐步走向产业现场，这套机器人系统几乎伴随了他的整个青年时代。

去年，已经博士毕业的石颖拒绝了数家企业邀约，回到华科继续推动这项技术走出实验室、走向产业一线。

“机械学院的老师们经常教导我们，要做‘顶天立地’的科研。”在石颖看来，“顶天”就是要服务“大国重器”，把关键技术牢牢握在自己手里；“立地”就是要走进应用现场，让科研成果解决产业里的实际问题。

从一个学生创意项目，到服务“大国重器”的工业装备；从实验室样机，到公司未立、订单先来。这支创新团队的十年坚守，像极了机器人爬墙的过程：先要贴得住，守得住方向；还要走得稳，经得起现场摔打；最后要干得准，真正解决产业痛点。