STEM｜为何壁虎能爬在墙上？动物超能力大揭秘启发创新科技｜星岛教室

更新时间：18:00 2026-02-17 HKT
发布时间：18:00 2026-02-17 HKT

你每天都在和它打交道，却几乎没察觉它的存在——摩擦力。它让我们能走路不滑倒、汽车能停下、物品能握在手中。但你知道吗？在自然界，摩擦力更是动物生存的秘密武器！有些生物甚至为了「操控摩擦」而进化出令人惊叹的身体构造。现在就揭开动物如何巧妙利用摩擦力生存，并看看这些自然界的智慧，如何启发人类科技的突破——从仿生机械人到未来材料，摩擦力的奥秘远比你想像的精彩！

何谓「摩擦力」？

在纸上写字，都与摩擦力的原理相关。示意图

你或许觉得摩擦力只是课本上的名词，但它其实是一个隐形的「操控高手」。当铅笔在纸上轻松写字，不会打滑；当手机放在桌面上，不会自己滑走，背后都是摩擦力在默默发挥作用。

「摩擦力」是指物体在接触面上移动时所受到的阻力。它看似简单，却会根据物体是否移动，拥有两种「身份」：静摩擦力：像守门员，阻止物体开始滑动；动摩擦力：像追赶者，物体一旦移动，它就紧跟不放。

摩擦力大小与多种因素有关，它取决于材质、表面粗糙度，甚至重量。而在自然界，动物早已把这门「摩擦学」玩得出神入化，牠们的身体结构就是一套精密的摩擦力设计，帮助牠们在各种环境中生存。

壁虎脚掌：摩擦力奇迹

壁虎

壁虎是摩擦力应用的代表性动物之一，牠们能在垂直墙壁甚至天花板上自由行走，关键在于脚掌上的微细毛发结构。这些毛发称为「刚毛」，每根刚毛再分成数百个更细分支，能与墙面产生「范德华力」——一种微弱但大量存在的分子间吸引力。虽然「范德华力」不是摩擦力本身，但两者共同作用，使壁虎能稳稳黏附在墙上。脚掌的微结构增加接触面积，提升摩擦力与黏附力，形成不需液体或胶水的「干式黏附」技术，适用于多种材质。

科学家仿照壁虎脚掌研发出「壁虎胶」，具高黏性、可重复使用且不留痕迹，并广泛应用于多个领域。例如太空任务中，在无法使用传统胶水的环境提供稳定黏附力；医疗领域制作贴片，能温和黏贴皮肤、不刺激且可重复使用；机械人技术也采用此仿生设计，使机械人能像壁虎在墙面移动或抓取物品。这些创新不仅提升黏贴技术的灵活性，更展现仿生科技的巨大潜力。

蛇滑行：绝妙分配艺术

蛇

蛇没有脚，却能在地面上快速移动，靠的是身体与地面之间的摩擦力。牠们的移动方式包括「侧向滑行」、「直线滑行」、「卷曲滑行」，每一种都巧妙利用摩擦力。蛇肚有特别的鳞片，能够在不同方向产生不同摩擦力。

当牠们往前爬行时，有些鳞片增加摩擦力固定身体，其他部分则减少摩擦力让身体滑动。这种「摩擦力分配」的能力，让蛇能在沙地、泥地、草地甚至水中自由移动。蛇的鳞片排列方向与表面纹理，能够控制摩擦力的方向性。这种「各向异性摩擦」让蛇能够有效地推动身体前进。

科学家受到蛇的启发，设计出「蛇形机械人」。这些机械人能在瓦砾堆中穿梭救援，也能钻进狭窄管道检查，甚至有微型机械人可以进入人体进行微创手术。蛇形机械人模仿蛇控制摩擦力的方式，在复杂地形中稳定移动，展现出灵活性和适应力。这些发明不但让我们更了解动物的智慧，亦显示仿生科技的惊人潜力。

企鹅疾滑：减摩擦技巧

企鹅

企鹅在冰面上滑行时，会用肚子贴地滑动，借此降低摩擦力。牠们的羽毛具有防水与防寒功能，同时亦可降低与冰面的摩擦力，让牠们滑得更远、更快。这种滑行方式不仅节省能量，也能快速逃离掠食者。企鹅的羽毛排列紧密，表面光滑，进一步减少与冰面的接触阻力，加上身体重心低，让滑行过程更稳定。

这项自然原理亦启发了人类的设计，例如滑雪服采用仿企鹅羽毛的防水与减摩特性，提升速度与舒适度；极地探测装备则在雪地车底部运用低摩擦设计，以提高冰面滑行效率；运动器材如滑板与雪橇，表面涂层亦是参考了羽毛结构来减少摩擦。这些应用让人类在极端环境中能更高效地移动，并改善运动表现。

蚂蚁搬运：群体合「擦」

蚂蚁

蚂蚁能搬动比自身重量重上数十倍的物品，除了强大的肌肉力量，牠们还巧妙运用地面摩擦力来稳定身体。当多只蚂蚁合作搬运时，摩擦力帮助牠们保持平衡并维持方向。

蚂蚁的脚掌拥有细小的爪子与黏性垫，能在不同表面上产生适当的摩擦力，牠们能在垂直墙面、树干甚至天花板上行走。更令人惊奇的是，蚂蚁的脚掌能根据表面材质调整摩擦力，这种「自适应摩擦」能力让牠们在复杂地形中，依然稳定移动。

这种行动方式启发科学家研发出能在狭小空间中稳定移动的微型探索机械人，用于建筑检测或灾后搜救；仿生黏附系统亦模仿蚂蚁脚掌的黏性结构，让机械人可在垂直表面上灵活行走；另外，群体机械人协作技术借鉴蚂蚁的搬运行为，让多台小型机械人能协同完成大型任务。这些创新展现了摩擦力在微型工程与群体智能中的关键作用。

摩擦力常被视为阻力，但在自然界，它是动物生存与移动的关键力量。从壁虎的攀爬到蛇的滑行，从企鹅的疾滑到蚂蚁的搬运，摩擦力无处不在，支撑着生命的运作。更令人惊叹的是，这些自然巧思正启发人类科技，从仿生材料到机械人设计，从极地装备到微型装置，皆源自动物的智慧。理解摩擦力，不仅是学习物理，更是开启观察自然与探索未来科技的窗口。