211service.com
Gecko Tape That Lets Go
Gekončí nohy jsou již dlouho zdrojem inspirace pro vědce, kteří se snaží vyrábět superpevná, opakovaně použitelná lepidla. Nyní vědci z Carnegie Mellon University našli nový způsob, jak vytvořit takové adhezivní uchopení a uvolnění podle potřeby, pomocí šikmých mikrostruktur. Tyto struktury napodobují konečky chlupů na prstech gekonů, které dodávají ještěrce její schopnost šplhat.
Lepící síla: Tyto zahnuté hroty o průměru asi 40 mikronů poskytují stejnou kontrolovanou přilnavost jako prsty gekona.
Lepidla podobná gekonu se již ukázala jako slibná jako pojivo pro chirurgické aplikace. Někteří výzkumníci se domnívají, že speciální schopnost gekona by mohla být klíčem k vytvoření spolehlivých lezeckých robotů pro průzkumné mise a průzkum vesmíru.
Prsty gekona mají miliony velmi malých chloupků nacpaných těsně u sebe. Na konci každého vlasu jsou stovky drobných miskovitých struktur, nazývaných špachtle. Slabé přitažlivé síly, známé jako van der Waalsovy síly, drží každou špachtli na povrchu předmětu, na který se gekon snaží vyšplhat. Když síly z milionů špachtle spolupracují, vytvářejí silné pouto, které umožňuje gekonovi přilnout téměř ke všemu – dokonce i hlavou dolů.
Ještě v roce 2006 tým v čele o Metin Sitti , odborný asistent strojního inženýrství na Carnegie Mellon, vyvinul ploché hroty ve tvaru houby, které napodobují špachtli. Hroty byly schopny dosáhnout stejné lepicí síly jako gekon, ale neexistoval žádný snadný způsob, jak tyto hroty přimět, aby uvolnily sevření. Tým později pochopil, že klíč ke kontrole lepivosti spočívá ve změně úhlu špachtle. Sittiho tým tedy vzal hroty a umístil je na polymerová vlákna a naklonil je pod úhlem přibližně 28 stupňů, aby napodobil úhel mezi gekončím vlasem a špachtlí. Jak je tlak aplikován ve směru šikmých vláken, kontaktní plocha mezi každou špachtlí a předmětem se zvětšuje, čímž se zvyšuje lepicí síla. Tahání v opačném směru zmenšuje kontaktní plochu a snižuje přitažlivé síly, takže páska gekona, jak tomu říká Sitti, může být uvolněna. Lepidlo skupiny bylo schopno udržet hmotnost jednoho kilogramu, když byl aplikován tlak ve směru šikmých vláken. 300gramové závaží zatažením opačným směrem stačilo k uvolnění sevření pásky. Vědci podrobně popsali své výsledky v nedávném vydání Malý .
Kontrolovatelná lepivost: Na prvním obrázku drží šikmé polymerní vlákno v jednom směru hmotnost jednoho kilogramu. Druhý obrázek ukazuje, jak 300gramové závaží tahem jiným směrem způsobí přetržení vazeb.
Lepidlo umožní robustnější a energeticky účinnější šplhací roboty a kapslové roboty, říká Sitti, který oba vyvíjí ve své laboratoři.
Jiní vědci byli schopni dosáhnout lepicí síly mnohem větší než gekon pomocí uhlíkových nanotrubic. Zatímco tužší nanotrubičková vlákna mohou pevně držet na stěně, hůře visí ze stropu, říká Sitti a dodává, že jeho lepidlo dokázalo udržet 500 gramů od stropu. Další hlavní výhodou polymerních vláken používaných Sitti je to, že jsou snadno škálovatelná ve výrobě a jsou nákladově efektivní, říká.
Sitti nyní komercializuje tato šikmá polymerová vlákna pro použití ve sportovním vybavení a kožních lepidlech prostřednictvím svého startupu nanoGriptech.
Design na špičce je zajímavý, říká Liming Dai, profesor materiálového inženýrství na univerzitě v Daytonu, který pomocí uhlíkových nanotrubic dosáhl síly 10krát silnější než nohy gekona. Jedna věc s polymery je, že je můžete snadno vyrobit v nanofabrikacích pro špičku. Navíc je to levné.
To je jednoznačně inovativní práce, říká Jeffrey Karp , bioinženýr z Harvard-MIT Division of Health Sciences, který vytvořil jednorázovou, bezpečnou lékařskou gecko pásku. Bude zajímavé zjistit, zda lze tento proces přizpůsobit pro průmyslové aplikace, nebo zda lepidla fungují lépe za mokra – což je hlavní omezení pro mnoho lepidel napodobujících gecko.
Sitti říká, že jeho skupina plánuje potáhnout houbovité hroty materiály, aby fungovaly i ve vodě. To by mohlo být důležité pro lékařské aplikace: mohlo by to zajistit, že například náplasti na léky nesklouznou, když se pokožka potí, říká Sitti.
Další výzvy zůstávají. V současné době se hroty drží jen několik hodin, než uvolní své sevření. Ali Dhinojwala , profesor na univerzitě v Akronu, který se také zabývá adhezemi inspirovanými gekony, říká, že v ideálním případě bude lepidlo samočistící, aby bylo možné jej znovu a znovu používat.