水下粘附技术作为现代工程领域的关键挑战之一，尤其是在软体基底上的实现，长久以来受到科学界和工业界的高度关注。由于软组织、海洋生物表面及多种复杂材料表面均表现出极大的柔软性、多形态动态变化及环境多变性，传统的粘附技术难以保证稳定和持久的附着效果。近期，仿生学的进展为解决这一难题引入了全新的视角与设计理念，尤其是基于雷莫鱼（remora）独特的水下粘附机制，机械水下粘附装置得到了显著的突破和发展。雷莫鱼的粘附系统经过长期进化，能够高效地实现对多样软体基底的稳固附着，其启发了机械水下软粘附系统MUSAS的设计，成为当前水下软粘附装置创新的代表。雷莫鱼通过其特化的背鳍演变成的吸盘结构，配备层叠式细长小板及尖刺状附着细毛，形成多个独立却协同行动的吸附区域，实现机械互锁与多区间真空吸附，确保即使在动态变化和多种环境因素影响下依然维持强有力的粘附。这一生物设计策略不仅解决了软体表面复杂性和动态变化的粘附难题，更大幅提升了单位重量的粘附强度。
MUSAS借鉴雷莫鱼的生理结构与行为特征，采用倾斜的形状记忆合金薄片作为可主动展开的粘附板，结合软质弹性唇及刚性支撑骨架，实现模仿自然的多区间吸附和机械互锁功能。装置整体小巧紧凑，可被设计成FDA认可的食用胶囊大小，满足人体内环境下的应用需求。机械粘附的核心优势在于突破传统聚合物粘合剂对干燥和中性环境的依赖，赋予系统非依赖化学键合的仿生物理粘合力，且对极端pH、湿度波动表现出高度耐受性。通过细致的有限元分析与流体结构相互作用仿真，研发团队优化了多个设计参数，包括板片数量、倾斜角度及边缘形状，结合材料力学性能，实现了理想的水下排水能力和机械抗剪性能。实验结果表明，MUSAS在各种软体材料及生物组织上均表现出卓越的粘附力，最高能达1000倍以上的重量承载，同时实现对表面粗糙不均、形变及局部损伤的适应。尤其在生理环境模拟和实际动物体内实验中，装置表现出优秀的稳定性和耐久性，最长可在胃部停留数周，且可安全通过消化道。
该技术的应用前景多样化且颇具突破性。首先在医疗领域，MUSAS可作为长期植入的智能传感器载体，实现对胃食管反流病的无创监测，提供实时电阻抗和pH数据，避免传统监测技术所带来的患者不适与侵入性风险。其次，依托其长时间驻留能力，装置可用于慢性疾病药物缓释输送，例如预防HIV感染的抗病毒药物cabotegravir，经MUSAS递送后实现持久稳定的药效释放，大大提升患者依从性。第三，利用其微针样结构及机械穿刺能力，MUSAS为mRNA和纳米药物的胃肠道递送打开新通路，克服黏膜屏障，增强局部吸收，为基因疗法和疫苗研发提供创新方案。此外，生态学和海洋生物学领域同样受益于MUSAS技术，超微型无线温度传感器的集成，实现对自由游动鱼类的姿态及环境温度动态监测，为水下生物行为和生态环境提供精准数据支持。与传统基于化学粘合的水下粘附剂相比，机械式水下粘附装置避免了依赖化学反应的限制，减少了对环境条件的依赖，提升了粘附过程的即时性与可控性。
其模块化设计和材料的多样性，使得设备具备极强的定制化与适应性能。未来，随着纳米技术和材料科学的进步，软橡胶基体与抗污涂层的引入，有望进一步增强设备的耐用性和防生物膜污染能力，确保长期水下使用的稳定性。同时，融合传感、电路及动力元件，将实现智能水下操作平台，为无人潜水器及软体机器人技术注入创新动能。尽管当前MUSAS无法替代所有类型的水下粘合需求，例如止血及组织封闭场景仍依赖化学粘合剂，但针对动态、多变及软体基底环境，其优势尤为突出。针对多学科交叉的应用需求，未来提升计算模型的精准度，探索多区间机械粘附理论，将为设计定制化粘附系统带来更大灵活性和效率。此外，对于敏感和易漏的组织部位，微针穿刺深度的严格控制及材料生物降解性的优化，将极大改善安全性和临床适用性。
机械水下软粘附装置的出现，标志着软体粘附技术进入了全新的阶段。通过对自然界高度优化粘附机制的深度解读与仿生创新，科学家和工程师们正在逐步克服传统粘附材料的瓶颈，将其转化为具备高灵活性、高耐久性和多功能集成属性的智能粘附系统。未来，这一领域预计将催生更多智能医疗器械、海洋侦测装备以及自适应软体机器人，助力人类探索和改善复杂水下环境中的挑战。机械水下粘附设备的成功研发不仅展示了跨领域技术整合的力量，更突显了依托生物启发设计的巨大潜力，为软体基底领域的水下粘附开启了更加广阔的技术蓝图。随着技术的不断迭代升级，未来水下机械粘附系统将成为推动精密医疗、智能监测和机器人行动的新兴支柱，助力人类迈向更加高效、智能与可持续的水下未来。
