211service.com
Gekkotape die loslaat
Gekkovoeten zijn lange tijd een inspiratiebron geweest voor wetenschappers die ernaar streven supersterke, herbruikbare lijmen te maken. Nu hebben onderzoekers van de Carnegie Mellon University een nieuwe manier gevonden om zo'n zelfklevende grip te maken en los te laten zoals vereist, met behulp van gehoekte microstructuren. Deze structuren bootsen de toppen van de haren na die te vinden zijn op gekkotenen, die de hagedis zijn bekwaamheid als klimmer geven.
Kleefkracht: Deze schuine punten, met een diameter van ongeveer 40 micron, bieden dezelfde gecontroleerde kleefkracht als de tenen van een gekko.
Gekko-achtige lijmen zijn al veelbelovend gebleken als hechtmiddel voor chirurgische toepassingen. Sommige onderzoekers geloven dat het speciale vermogen van de gekko ook de sleutel kan zijn tot het creëren van betrouwbare klimrobots voor verkenningsmissies en ruimteverkenning.
De tenen van een gekko hebben miljoenen zeer kleine haartjes die dicht op elkaar zijn gepakt. Aan het einde van elke haar bevinden zich honderden kleine, schotelachtige structuren, spatel genoemd. Zwakke aantrekkingskrachten, ook wel van der Waals-krachten genoemd, houden elke spatel tegen het oppervlak van het object dat een gekko probeert te beklimmen. Wanneer de krachten van miljoenen spatels samenwerken, creëren ze een krachtige band waardoor een gekko aan bijna alles blijft kleven, zelfs ondersteboven.
In 2006 heeft het team, onder leiding van Metin Sitti , een assistent-professor werktuigbouwkunde aan Carnegie Mellon, ontwikkelde platte, paddestoelvormige tips die de spatel nabootsen. De tips waren in staat om dezelfde kleefkracht te bereiken als een gekko, maar er was geen gemakkelijke manier om deze tips hun grip los te laten. Het team realiseerde zich later dat de sleutel tot het beheersen van plakkerigheid lag in het veranderen van de hoek van de spatel. Dus het team van Sitti nam de tips en plaatste ze bovenop polymeervezels, waarbij ze in een hoek van ongeveer 28 graden werden geplaatst om de hoek tussen een gekkohaar en een spatel na te bootsen. Naarmate er druk wordt uitgeoefend in de richting van de gehoekte vezels, neemt het contactoppervlak tussen elke spatel en het object toe, waardoor de kleefkracht toeneemt. Trekken in de tegenovergestelde richting verkleint het contactoppervlak en doet de aantrekkingskracht afnemen, zodat gekkotape, zoals Sitti het noemt, kan worden losgelaten. De lijm van de groep kon een gewicht van één kilogram dragen wanneer er druk werd uitgeoefend in de richting van de schuine vezels. Een gewicht van 300 gram dat in de tegenovergestelde richting werd getrokken, was voldoende om de grip van de tape los te laten. De onderzoekers hebben hun resultaten gedetailleerd beschreven in een recent nummer van Klein .
Beheersbare plakkerigheid: In de eerste afbeelding houdt de gehoekte polymeervezel een gewicht van één kilogram in één richting. De tweede afbeelding laat zien hoe een gewicht van 300 gram dat in een andere richting trekt, ervoor zorgt dat de bindingen breken.
De lijm maakt robuustere en energiezuinigere klimrobots en capsulerobots mogelijk, zegt Sitti, die beide in zijn laboratorium ontwikkelt.
Andere onderzoekers hebben met koolstofnanobuisjes een veel grotere kleefkracht kunnen bereiken dan die van een gekko. Terwijl stijvere nanobuisvezels een muur stevig kunnen vasthouden, hebben ze het moeilijker om aan een plafond te hangen, zegt Sitti, eraan toevoegend dat zijn lijm 500 gram van het plafond kon vasthouden. Een ander groot voordeel van de polymeervezels die Sitti gebruikt, is dat ze gemakkelijk schaalbaar zijn bij de productie en kosteneffectief zijn, zegt hij.
Sitti commercialiseert deze gebogen polymeervezels nu voor gebruik in sportuitrusting en huidkleefstoffen via zijn startup, nanoGriptech.
Het ontwerp op de punt is interessant, zegt Liming Dai, een professor in materiaalkunde aan de Universiteit van Dayton, die koolstofnanobuisjes gebruikte om een kracht te bereiken die tien keer sterker is dan die van gekkovoeten. Het enige met polymeren is dat je het gemakkelijk kunt maken in nanofabricages voor de tip. Het is ook goedkoop.
Dit is duidelijk innovatief werk, zegt Jeffrey Karp , een bio-ingenieur in de Harvard-MIT Division of Health Sciences, die eenmalig te gebruiken, veilige medische gekkotape heeft gemaakt. Het zal interessant zijn om te zien of dit proces kan worden opgeschaald voor industriële toepassingen, of dat de lijmen beter presteren onder natte omstandigheden - een belangrijke beperking voor veel van de gekko-nabootsende lijmen.
Sitti zegt dat zijn groep van plan is om de paddestoelvormige uiteinden te bekleden met materialen zodat ze ook in water werken. Dit kan belangrijk zijn voor medische toepassingen: het zou ervoor kunnen zorgen dat bijvoorbeeld medicijnpleisters niet wegglijden als de huid zweterig wordt, zegt Sitti.
Andere uitdagingen blijven. Momenteel blijven de tips slechts een paar uur plakken voordat ze hun grip loslaten. Ali Dhinojwala , een professor aan de Universiteit van Akron die ook werkt aan gekko-geïnspireerde verklevingen, zegt dat de lijm idealiter zelfreinigend is, zodat hij steeds opnieuw kan worden gebruikt.