Поверхности, которые держатся как ноги геккона, могут быть легко произведены
Почему геккон поднялся на небоскреб? Потому что это могло; пальцы его ног прилипают к чему угодно. В течение нескольких лет инженеры знали секреты клейкости геккона и эмулировали ее в виде полосок резиновых материалов, полезных для захвата и освобождения предметов, но до сих пор простое массовое производство для повседневного использования было недоступно.
Исследователи из Технологического института Джорджии разработали, в новом исследовании, метод изготовления адгезивных материалов на основе геккона, который намного более рентабелен, чем современные методы. Это может обеспечить массовое производство и распространение универсальных захватных полос для производства и домов.
Читайте также: хотите узнать про интерфейс мозг компьютер, статья на эту тему находится на портале наших партнеров mzhost.
Полимеры с поверхностями «гекконовой адгезии» могут быть использованы для создания чрезвычайно универсальных захватов для захвата совершенно разных объектов даже на одной сборочной линии. Они могли бы легко повесить картину, приклеившись одновременно к ней и к стене. Роботы пылесоса с адгезией геккона могут когда-нибудь поднять высокие здания, чтобы очистить фасады.
«За исключением таких вещей, как тефлон, он будет придерживаться чего угодно. Это явное преимущество в производстве, потому что нам не нужно подготавливать захват для определенных поверхностей, которые мы хотим поднять. Клеи на основе геккона могут поднимать плоские объекты, такие как коробки затем развернитесь и поднимите изогнутые предметы, такие как яйца и овощи », — сказал Майкл Варенберг, главный исследователь исследования и доцент в Технологической школе Джорджа Вудраффа в Джорджии.
Токовые захваты на сборочных линиях, такие как зажимы, магниты и присоски, могут поднимать ограниченный круг предметов. Захваты на основе гекконовых поверхностей, которые являются сухими и не содержат клея или слизи, могут заменить многие захваты или просто заполнить пробелы в возможностях, оставленные другими захватными механизмами.
Вытягивание бритв
Адгезия происходит от выступов размером в несколько сотен микрон, которые часто выглядят как участки коротких, гибких стенок, проходящих параллельно друг другу по поверхности материала. Как они работают, имитируя ноги геккона, объясняется ниже.
До настоящего времени формование производило эти мезомасштабные стенки путем заливки ингредиентов на шаблон, позволяя смеси реагировать и превращаться в гибкий полимер, затем удаляя ее из формы. Но метод неудобен.
«Методы литья являются дорогостоящими и трудоемкими процессами. И есть проблемы с получением материала, подобного геккону, из шаблона, что может повлиять на качество поверхности крепления», — сказал Варенберг.
Новый метод исследователей сформировал эти стены, выливая ингредиенты на гладкую поверхность вместо формы, позволяя полимеру частично схватываться, а затем погружать в него ряды лезвий бритвенных лезвий. Материал располагался немного больше вокруг лезвий, которые затем вытягивались, оставляя зазубрины в микронном масштабе, окруженные желаемыми стенками.
Варенберг и первый автор Jae-Kang Kim опубликовали подробности своего нового метода в журнале ACS Applied Materials & Interfaces 6 апреля 2020 года.
Забудьте о совершенстве
Хотя новый метод проще, чем литье, его разработка заняла год погружения, рисования и перенастройки при съемке мелких деталей под электронным микроскопом.
«Есть много параметров для контроля: вязкость и температура жидкости; время, скорость и расстояние вытягивания лезвий. Нам требовалась достаточная пластичность схватывающего полимера к лезвиям, чтобы растянуть стенки вверх, а не столько жесткость, которая могла бы привести стены, чтобы разорвать «, сказал Варенберг.
Поверхности, вдохновленные гекконами, имеют тонкую топографию в микронном масштабе, а иногда даже в наноразмерном, и поверхности, изготовленные с помощью формовки, обычно являются наиболее точными. Но такое совершенство не нужно; материалы, изготовленные с помощью нового метода, хорошо справились со своей работой и были также очень прочными.
«Многие исследователи, демонстрирующие адгезию геккона, должны делать это в чистом помещении на чистом оборудовании. Наша система просто работает в нормальных условиях. Она надежна и проста, и я думаю, что она имеет хороший потенциал для использования в промышленности и дома», — сказал Варенберг. кто изучает поверхности в природе, чтобы имитировать их полезные качества в искусственных материалах.
Пух геккона
Вот ступня геккона. У этого есть гребни на его пальцах ноги, и это заставило некоторых в прошлом думать, что их ноги придерживаются всасыванием или чем-то вроде схватывания кожей.
Но электронные микроскопы обнаруживают более глубокую структуру — щетинчатые фибриллы в форме лопаточки выступают на несколько десятков микрон от этих гребней. Фибриллы делают такой тщательный контакт с поверхностями вплоть до наноразмера, что слабые притяжения между атомами с обеих сторон, по-видимому, в огромной степени создают общую прочную адгезию.
Вместо пуха инженеры разработали ряды форм, покрывающих материалы, которые производят эффект. Общая форма делает поверхность материала похожей на поле грибов размером в несколько сотен микрон; другой — ряды коротких стен, как в этом исследовании.
«Грибные узоры касаются поверхности, и они прикрепляются сразу, но отсоединение требует приложения усилий, которые могут быть невыгодными. Для выступов в форме стены требуется небольшое сдвиговое усилие, такое как буксир или мягкий захват, для создания сцепления, но это легко, и отпустить объект тоже несложно, — сказал Варенберг.
Исследовательская группа Варенберга использовала метод рисования для создания стен с U-образными промежутками между ними и стен с V-образными промежутками между ними. Они работали с поливинилсилоксаном (ПВС) и полиуретаном (ПУ). V-образная форма, изготовленная в PVS, работала лучше, но полиуретан — лучший материал для промышленности, поэтому группа Ваненберга теперь будет работать над достижением V-образной формы захвата геккона в PU для наилучшей возможной комбинации.
Короткий URL: https://nexusrus.com/?p=128621
Добавил: