摩擦学是研究相对运动和相互作用表面的一种理论和实践的科学技术。而相对运动和相互作用表面是生物捕食、逃逸、繁衍和生殖等行为的基础,因此摩擦学是生物系统中广泛存在的一门学科。其中,由生物表界面取向微结构引起的摩擦力具有明显的方向依赖性,即表界面在一定剪切作用下顺微结构取向与逆微结构取向滑动时产生的摩擦力/摩擦系数在正反方向具有显著的差异性,也就是各向异性摩擦。事实上,各向异性摩擦在生物的定向移动、种子传播繁衍、以及捕食等行为中能够提供所需的驱动力和机械嵌合效应,协助生物完成自身的多种功能。本文首先从生物表界面的取向微结构出发,系统综述了生物表界面的各向异性摩擦行为、形态仿生的取向微结构表界面的制备、仿生表界面的摩擦与黏附等。其次选取生物典型的钩状倒刺结构作为研究和仿生对象,借助光固化3D打印技术在精确构筑和自由设计方面的独特优势,设计并打印了软硬仿生取向结构表界面,并系统研究了仿生表界面的各向异性摩擦行为;同时,从材料复合的角度出发,将智能水凝胶材料引入到仿生表界面中实现了其各向异性摩擦行为调控。通过3 D光固化灰度曝光的打印手段并在不同曝光灰度值的调控下,探究其不同灰度值下材料的各向性能,最后对未来仿生表界面各向异性摩擦学的发展做了一定的展望。主要研究内容和结论如下:1.生物系统中用于表面支撑层的各种微纳结构在自然中是广泛存在的。这种生物系统中的一个典型组合是软基底上的刚性微结构,该微结构在各向异性摩擦的帮助下可以提供动力能够产生运动。因此,在本研究中,选择了具有不对称的钩状棘仿生表面来探索各向异性摩擦力的自适应行为。通过3D打印技术制备了具有硬-硬、软-软和硬-软结构基底组合的结构化表面,并系统地研究了它们的摩擦力行为。结果表明,依赖于方向的摩擦力表现出自适应行为,这被定义为具有摩擦各向异性的结构化表面,一旦法向载荷保持在特定值,则在相反的滑动方向上几乎有相同的摩擦力,此时各向异性摩擦力消失。这项研究将提供一种自适应行为的概念,以控制正常负载变化的摩擦各向异性,并更清楚地理解生物表面机械性能,也可以用于机器人的应用。2.由取向微结构引起的各向异性摩擦学是生物系统中最常见的引起摩擦形式之一。而研究表明,软硬复合的生物表界面在获取各向异性摩擦力时更具有优势。因此,本研究以最典型的钩状倒刺微结构为研究对象,结合3D打印先进制造技术,通过在仿生取向微结构表界面原位复合低模量的水凝胶材料,获得环氧树脂-水凝胶软硬复合表界面。研究结果表明,水凝胶在Fe3+溶液中的配位交联6h时,其模量为3.6 MPa,相对于环氧树脂（模量为13.6 MPa）为软材料。在5 N载荷下,仿生表界面正方向摩擦力为1.64 N,反方向摩擦力为3.44 N,其各向异性摩擦力最大差值可达1.80 N。本研究对软硬复合的生物表界面具有一定的理论指导意义,有望在智能摩擦调控、软体机器人等方面发挥一定的作用。3.在自然界生物系统中,生物表界面不同梯度结构材料对应其不同的功能是不一样的,并且对于生物本身系统所展现的特性是具有重要影响的。比如瓢虫脚垫跗骨刚毛,昆虫足垫,蜘蛛脚掌的纤维状刚毛结构等等。受此启发,提出了基于3 D打印灰度曝光技术实现三维丙烯酸类树脂梯度制造的基本方法。利用局部调控的灰度曝光打印技术实现3D梯度树脂的打印制备,即高灰度曝光区域形成低交联网络,而低灰度曝光区域形成高交联网络,从而实现其理化性能,机械性能、摩擦性能等等。这对仿生摩擦调控器件的构筑方面具有重要的意义。