211service.com
Taśma Gecko, która pozwala iść
Stopy Gecko od dawna są źródłem inspiracji dla naukowców dążących do stworzenia supermocnych klejów wielokrotnego użytku. Teraz naukowcy z Carnegie Mellon University znaleźli nowy sposób na uzyskanie takiego przyczepnego chwytu i uwalniania zgodnie z wymaganiami, przy użyciu ukośnych mikrostruktur. Struktury te naśladują czubki włosów znajdujących się na palcach gekonów, co daje jaszczurce zdolności wspinaczkowe.
Moc przyklejania: Te wygięte pod kątem końcówki, o średnicy około 40 mikronów, zapewniają taką samą kontrolowaną siłę przywierania, jak palce gekona.
Kleje podobne do gekonów okazały się już obiecujące jako środek wiążący do zastosowań chirurgicznych. Niektórzy badacze uważają, że specjalna zdolność gekona może również stanowić klucz do stworzenia niezawodnych robotów wspinaczkowych do misji rozpoznawczych i eksploracji kosmosu.
Palce gekona mają miliony bardzo małych włosków ułożonych blisko siebie. Na końcu każdego włosa znajdują się setki maleńkich, przypominających spodek struktur, zwanych szpatułką. Słabe siły przyciągania, znane jako siły van der Waalsa, trzymają każdą szpatułkę na powierzchni obiektu, na który gekon próbuje się wspiąć. Kiedy siły z milionów łopatek współpracują ze sobą, tworzą potężną więź, która pozwala gekonowi przykleić się do prawie wszystkiego – nawet do góry nogami.
W 2006 roku zespół kierowany przez Metin Sitti , adiunkt inżynierii mechanicznej w Carnegie Mellon, opracował płaskie końcówki w kształcie grzybków, które naśladują łopatkę. Końcówki były w stanie osiągnąć taką samą siłę przywierania jak gekon, ale nie było łatwego sposobu, aby te końcówki uwolniły ich chwyt. Zespół później zdał sobie sprawę, że kluczem do kontrolowania lepkości jest zmiana kąta łopatki. Zespół Sitti wziął więc końcówki i umieścił je na włóknach polimerowych, ustawiając je pod kątem około 28 stopni, aby naśladować kąt między włosami gekona a szpatułką. Gdy nacisk jest wywierany w kierunku ukośnych włókien, powierzchnia styku między każdą szpatułką a przedmiotem zwiększa się, zwiększając siłę przyklejania. Ciągnięcie w przeciwnym kierunku zmniejsza obszar kontaktu i zmniejsza siły przyciągania, dzięki czemu można uwolnić taśmę gekon, jak nazywa ją Sitti. Klej grupy był w stanie utrzymać ciężar jednego kilograma po przyłożeniu nacisku w kierunku ukośnych włókien. 300-gramowy ciężarek ciągnący się w przeciwnym kierunku wystarczył, aby zwolnić uchwyt taśmy. Naukowcy szczegółowo opisali swoje wyniki w niedawnym wydaniu Mały .
Kontrolowana lepkość: Na pierwszym zdjęciu skośne włókno polimerowe utrzymuje ciężar jednego kilograma w jednym kierunku. Drugi obraz pokazuje, jak 300-gramowy ciężar ciągnący się w innym kierunku powoduje zerwanie wiązań.
Klej umożliwi stworzenie bardziej wytrzymałych i energooszczędnych robotów wspinaczkowych i robotów kapsułowych , mówi Sitti, który opracowuje oba w swoim laboratorium.
Inni badacze byli w stanie osiągnąć siłę przyczepności znacznie większą niż gekon używający nanorurek węglowych. Podczas gdy sztywniejsze włókna nanorurek mogą mocno trzymać się ściany, trudniej jest im zwisać z sufitu, mówi Sitti, dodając, że jego klej był w stanie utrzymać 500 gramów od sufitu. Inną ważną zaletą włókien polimerowych stosowanych przez Sitti jest to, że są one łatwo skalowalne w produkcji i opłacalne – mówi.
Sitti, za pośrednictwem swojego startu, nanoGriptech, sprzedaje teraz te skośne włókna polimerowe do użytku w sprzęcie sportowym i klejach do skóry.
Projekt końcówki jest interesujący, mówi Liming Dai, profesor inżynierii materiałowej na Uniwersytecie w Dayton, który użył nanorurek węglowych, aby osiągnąć siłę 10 razy większą niż stopy gekonów. Jedyną rzeczą z polimerami jest to, że można je łatwo zrobić w nanofabrykatach na końcówkę. Poza tym jest tani.
To jest wyraźnie innowacyjna praca, mówi Jeffrey Karp , bioinżynier z Wydziału Nauk o Zdrowiu Harvard-MIT, który stworzył jednorazową, bezpieczną medyczną taśmę do gekona. Interesujące będzie sprawdzenie, czy ten proces może być skalowany do zastosowań przemysłowych, czy też kleje działają lepiej w wilgotnych warunkach – główne ograniczenie dla wielu klejów naśladujących gekony.
Sitti mówi, że jego grupa planuje pokryć końcówki w kształcie grzybów materiałami, aby działały również w wodzie. Może to być ważne w zastosowaniach medycznych: może zapewnić, że na przykład plastry z lekami nie ześlizgną się, gdy skóra się spoci, mówi Sitti.
Inne wyzwania pozostają. Obecnie końcówki trzymają się tylko przez kilka godzin przed zwolnieniem uchwytu. Ali Dhinojwala , profesor na Uniwersytecie w Akron, który pracuje również nad zrostami inspirowanymi gekonami, mówi, że najlepiej byłoby, gdyby klej był samoczyszczący, aby można go było używać wielokrotnie.