运动是动物的基本特征，运动首先要感知环境，包括周围环境和身体内部环境。感知到的信息传输到大脑进行多信息融合、决策，决策以后形成运动指令，肌肉听从指令收缩，使得肢体和外界相互作用，动物在相互作用中，从外界获得运动反力。
我们已经看到很多成功仿生的案例，最成功的就是飞机，现在飞机可以比任何一个鸟飞的更高、更远、更快，但是没有哪个飞机飞的像鸟那样安全，所以还是有很多值得向鸟学习的地方。
我们主要研究的是动物的黏附以及运动。动物生活在弱肉强食的环境里，很多昆虫为了避免被鸟吃掉，就会躲到树叶底下，在这种情况下就必须要形成黏附力。其中深色的部分是黏附的部分，它的分布、大小完全不同，但是都能够实现黏附的功能。动物黏附结构的多样性给我们的启示是实现同样一个功能，可以有不同的结构。
我们的研究侧重在壁虎方面，生物的发展给我们的启示是结构决定性能。左上角是一个水黾，这个小家伙曾经启发科学家发表了4篇Nature和Science论文，后来发现它的实质是固体和液体之间界面相互作用的调控问题，而这个水黾为什么能调控好呢，得益于它的腿上有非常细小的毛，毛上还有更加小的纳米微结构。右上角是壁虎脚的结构，它是一个固固相互作用的界面，通常一个固体推着另一个固体，两者之间会产生排斥力，但是壁虎给我们打开了另外一个完全不同的窗户，两个固体之间可以产生相互吸引的力，这个是它神奇的地方，而使它能够实现神奇功能的核心是纳米结构，就是它的刚毛。
壁虎生活在喀斯特地貌的山包上，黄圈的地方有很小的缝隙，壁虎喜欢呆在那里面，因为那个里面比较陡峭，蛇很难上去。这只壁虎刚刚从其中的一个蛋里面孵化出来，目前为止我们还没有搞清楚，这么小的一个蛋，那么大一个壁虎，是怎么蜷缩在里面的，这个留给大家未来探索。
结构和功能之间到底是什么样的关系？刚开始的时候，做不出来像壁虎的毛一样好的毛。左边的图把同样好的是壁虎毛进行不同程度的破坏，看看它的黏附力有什么变化。这个实验告诉我们结构非常重要，如果损坏程度较大，几乎没有黏附。更进一步看，这些结构是怎么样生成的，壁虎的毛是皮肤的衍生物，它跟我们的头发不一样，我们的头发是从毛囊当中长出来的，壁虎的毛是从皮肤直接衍生出来的。
壁虎的毛有没有感知，有没有驱动，怎么了解这个呢？我们去看壁虎的皮瓣的毛有没有机动蛋白，因为肌肉的运动是机动蛋白作用的结果，黄的地方是有机动蛋白的地方，长毛的皮瓣是有主动运动的，因为标黄，证明它是有机动蛋白的。这个毛是纳米级的，100多个微米长，太难做出来了，我们曾经试图把它长出来，我们确实也长了，但是没有壁虎长的好，后面我们只好想各种各样的方法把它制造出来。
左边的是壁虎在天花板位置的黏附，它的脚指头比我们的厉害，它是往后翻，一抓再一拖，这样一个运动模式和它的运动性能之间有很大的关系，右边是微结构。
这样三个运动模式，抓、展和扭，是否可以调控呢？我们在研究中发现，壁虎的外周有三个神经束，底下分别有它的名字，这三个名字有特别清楚的功能，也是结构决定了功能。
开始我和北大的孙久荣老师聊，我们能不能通过控制外周的神经，对它的运动进行调控，后来发现不行，因为外周有大量的痛感受器，把它做了手术以后，壁虎很痛就不听话了。后来我们知道脑子没有痛感受器，所以我们研究壁虎的脑子，看那个核团对它的左转、右转、前进起作用。很幸运，经过几年的努力，终于找到了左转核团，右转核团，置入微电极进行控制。
以壁虎本身作为运动体，也就是动物机器人，这是现在非常热门的一个研究，也是非常有前景的研究。更多的情况下，我们还是希望能做出仿生机器人，要做仿生机器人，第一个要知道壁虎是怎么运动的？它的力学规律是怎么样的？
我们建了这样的运动测力系统，当时美国人的传感器，1万美金一个，实在买不起，所以我们自己做了传感器，做了这样的对列，由几十个传感器组合，非常幸运，壁虎在上面走过去的时候，有的情况下能够把每一脚都踩在传感器上的力拿到，我们得到了中间的数据，它预示着动物在走的时候是一个对角步态，左前脚右后脚或者右前脚左后脚。
有一天学生跑来找我，说这个脚丫子跑到另外一个传感器上，通常这样的数据就没用了，我一看，说这个很有意思，我们测到了单个脚趾一部分接触的时候，它的力是多少，这个力回归到体坐标系，大家看，右上图的力的方向始终是沿着脚丫子的方向，而且右下角的力的作用角只有20度，20度是非常稳定的，按照国外的研究30度要脱附，壁虎脚丫子是20度。
我们用这样的系统做了壁虎在天花板上、墙上和地面上运动的运动反力，左边的图是在天花板上；中间的是在爬墙的时候，前脚和后脚把自己的重力分一半，中间的受力的角度只有15度，所以壁虎非常喜欢在墙上，甚至一个脚丫子往那儿一搭，都可以挂着，绝对不会掉下来。同时告诉大家一个小秘密，壁虎的交配行为是在墙上发生的，甚至生下来的蛋也是直接黏在墙上的。
我们做了壁虎从0度，30度，60度一直到180度过程中的运动反力是怎么样变化的。两个临界角，从0度到90度，它的运动模式的变化，临界点在80度，从90度到180度，临界角是140度，这样的临界角对于树蛙，对于蝗虫也非常的接近。我和几个做攀岩的朋友聊，他说在比较陡峭的时候，要把自己手臂张开，这个和动物是一模一样的，但是它的神经机制以及力学原理到底是什么，现在依然不清楚。
以前大家研究跳跃，不知道前腿和后腿的功能有什么不同，我们测出来前腿和后腿到底是怎么起作用的，开始前腿起作用，我们从中间的力可以看到，前腿离开以后，后腿开始发力，这个时候后腿的力角度是55-57度之间，重心在前面往下掉，等到后腿离开的时候，那个角度是45度，很长时间我都觉得不可思议，这样一个很低级的动物，它竟然知道45度可以跳的最远。
为什么很多动物既有黏附垫，又有钩爪，它们分别如何起作用？如何协同？钩爪在粗糙的表面上非常方便，但是黏附只有到光滑的表面它的接触面积才能大，但是自然界不可能完全光滑，或完全是粗糙，遇到这样的情况，动物怎么解决呢。
既有爪子，又有黏附垫，爪子和黏附垫之间到底是怎么样协同作用的，上图是问题的引入，以及怎么做实验。底下可以看到，当仅仅有爪子的时候，接触面积小，黏附力小，但是两个协同作用的时候，它能够获得的力比两个单独作用的时候加起来还要大，由此我们可以看到，动物真的很聪明，但是这个聪明是以生命为代价的，不好的全部淘汰掉了，几亿年的淘汰。
前面我们讲因为科研需求，研制三维力传感器，后来这个设计技术，引入到六维力传感器，目前我们负责的科技部重大研发计划已经完成，在这个项目的支持下，研制了从100g到100吨，中间这个现在中国汽车研究院已经大量的采用。另外可以报告大家一个好消息，这个传感器，我们已经出口到美国，美国公司做了三个月的测试，后来发现在6个指标里面，我们竟然有4个指标比最好的ATI还要好。
力传感器可以用在什么地方？比如装配，去毛刺，抛光打磨。以前这样的活是人干的，又脏又累，现在没有人喜欢干了，我们给机器人赋予力学，让机器人来替代人来完成这样的工作。
刚才讲了做毛，以前我们做不出来，但是通过破坏，知道它的功能是什么、结构功能关系是什么，最后把这个黏附的毛做出来了。最左边的是目前唯一能够批量生产的德国产品，右边是我们经过了10多年的努力现在已经可以做出来的产品。
同时我们做了很多各种各样的结构形状，包括黏附接触以及水面上的接触，我们也可以实现非常好的黏附，以及很大的摩擦力。同时，我们有生长的技术，可以长出10-20纳米的黏附材料。
我们用这样的黏附结构和黏附材料可以做一个黏附装置，这个是浮起来的模拟空间微重力的情况，通常撞击肯定会飞掉，但是用这个材料之后，撞击就会把两个东西合在一起，一个碎片过来了，可以抓过来，可以抓碎片的话，也可以抓其他东西。
我们用这样的技术和机器人结合，做出仿壁虎机器人，我们可以实现在模拟空间站的外仓表面模拟卫星的表面来实现黏附的运动。
这个机器人可以完美的复原壁虎的运动，这个未来会在空间站上做进一步的工作，替代航天员做航天器的检测。
有了爪子和黏附材料，它可以把各种各样的材料，轻轻的抓过去，但是这里面是不需要力控的，包括抓生鸡蛋，生鸡蛋对抓力的大小更敏感，在这里面，不管是软的、硬的、重的、轻的，我们用它来抓都是可以的。
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