Industri

Dessa lättmanövrerade gripare är inspirerade av Geckos

Dessa lättmanövrerade gripare är inspirerade av Geckos

Ett litet forskargrupp från Kiel University i Tyskland utvecklade nyligen ett material som får grepp från ljuset. Tekniken är beroende av ljusmanövrerade gripare som aktiveras helt enkelt genom att skina ett UV-ljus på ett nytt självhäftande material. Forskarna arbetar mot en enhet som kommer att efterlikna hur gecko sömlöst rusar över osäkra ytor i nästan vilken riktning som helst.

Hur geckos får ett grepp

Medan många varelser kanske föredrar behändiga händer eller långa klor för att få grepp, använder gecko ett helt annat tillvägagångssätt. De använder inte klibbiga utsöndringssugkoppar eller små krokar. Istället använder geckos en otroligt liten och kompakt uppsättning mikroskopiska hårstrån. Håren ger dem ett anmärkningsvärt grepp som gör att de kan skala väggar och pila över tak i praktiskt taget vilken vinkel som helst på nästan alla ytor. De är utan tvekan de ultimata klättrare.

[Bildkälla:Wikipedia]

Med till synes ingen ansträngning kan en gecko rusa över en vertikal glasruta och hänga upp och ner på vad som verkar vara nästan varje material. Hemligheten till deras oöverträffade klibbiga grepp beror på bunten mikroskopiska hårstrån som sträcker sig från var och en av deras fyra fötter. Även om det kan tyckas uppenbart att håren spänns fast vid mikroskopiska brister längs ytor som de klättrar, är det verkligen inte den enda kraften som spelas. Att också hjälpa dem i deras skalningsarbete är en överraskande skyldige, den varelsenVan der Waals styrkor.

Van der Waals styrkor är ansvariga för att hålla samman grupper av atomer och molekyler. Till skillnad från kovalent och jonbindning som håller atomer tillsammans, verkar Van der Waals-krafter på miljontals atomer och molekyler för att hålla dem samman som en grupp, som molekylerna i vatten.

Geckos och der Waals

Elektroner bestämmer polariteten hos en molekyl. Men de rör sig också otroligt snabbt, vilket tillfälligt kan ändra polariteten hos en atom eller molekyl. Det momentana skiftet ger en molekyl precis tillräckligt med tid för att binda till en annan. Som Vetenskapbeskriver;

Denna kraft kommer från fluktuationer i laddningsfördelningar mellan angränsande molekyler, som inte behöver vara polära; deras laddningsfluktuationer faller naturligtvis ihop och skapar en attraktiv kraft.

Det är en extremt svag kraft som är lätt att bryta. Det är om du inte har miljontals hårstrån för att använda den.

"Van der Waals-krafter är den svagaste typen av interatomära krafter som vi har", säger P. Alex Greany, professor i maskinteknik vid Oregon State University i Corvallis. "Det är fantastiskt att gekko kan använda denna riktigt svaga kraft."

Så vad händer egentligen?

Forskare växlar ständigt sin tro och expertis om hur geckos fötter får grepp. Varje enskild art använder olika tekniker för att optimera och anpassa sin klättringsteknik i enlighet med miljön och vilka material de har att klättra. Hår och fötter är komplexa bland850 kända arter av gecko. Naturligtvis finns det mycket att lära sig, men forskare finslipar de tekniker de använder.

För närvarande är det väl underförstått att miljontals mikroskopiska hår kallassetae förgrena sig för att bilda miljarder små kontaktpunkter som kallas spatlar. Grenarna exponentiellt ökar mängden kontakt, skapar en exponentiell mängd Van der Waals-styrkor och slutligen ger gecko deras kända grepp.

Efterliknar naturen

Naturligtvis, som med många naturunderverk, försökte forskare efterlikna samma effekter med syntetiskt material. Forskarnas fascination för att replikera geckogrepp har gett några lovande resultat. De flesta tekniker kräver dock värme eller elektricitet för att aktivera och avaktivera vidhäftningen. Det är enkelt att designa ett material som fäster. Men att konstruera ett grepp som kan stängas av och villigt är ett helt annat djur. Trots den växande utmaningen närmar sig forskare närmare fingergripare med deras nya implementering av lättmanövrerat gecko-greppmaterial.

Geckos gör det, varför kan vi inte

Geckos går över varje yta som om det vore marken. Så om de hålls på plats så hårt av Van der Waals styrkor, hur kan de gå så lätt? Nyckeln till avstigning är deras vinklade, mikroskopiska tåhår. Vissa vinklar hjälper till att låsa gecko mot en yta.

Enligt en studie som publicerades 2014 kan vissa gecko justera hårets vinklar någonsin så lätt, vilket gör det mycket lättare att lossna. Upptäckten gjordes 2014, så tekniken har nyligen använts i syntetiska versioner.

Genom att ytterligare öka deras gripande fjäderbelastade avskiljningsmekanism startar de tillbaka i rörelse. Upptäckten är stor, och nu använder forskare informationen för att göra sin geckoteknologi perfekt.

Syntetiserar manövrerade gripare

Naturligtvis, som med många naturunderverk, försöker forskare efterlikna samma effekter med syntetiskt material. Fascinationen av att replikera geckogrepp har gett några lovande resultat i det vetenskapliga samfundet. De flesta tekniker kräver dock värme eller elektricitet för att aktivera och avaktivera vidhäftningen. Nu närmar sig forskare närmare fingergripare med sin nya implementering av lättmanövrerat gecko-greppmaterial.

Ett team ledt av Emre Kizilkan vid Kiel University utvecklade nyligen ett bioinspirerat limmaterial som kan fjärrstyras med UV-ljus. Teamet utvecklade först en elastiskt poröst material(LCE, flytande kristallelastomer) som böjs i närvaro av UV-ljus. LCE kombinerades sedan med en vidhäftande förening för att göra ett kompositmaterial som kan styra greppet med lite UV-ljus.

Kompositmaterial som böjs under UV-ljus[Bildkälla: Kiel University]

Med hjälp av sin nyutvecklade metod kunde teamet styra kompositmaterialet exakt för att plocka upp och flytta en liten glasskiva. Att aktivera materialet med ljus gjorde att laget försiktigt tog upp och placerade glaset utan att lämna en rester.

”Fördelen med ljus är att det kan användas mycket exakt. Det är reversibelt, så det kan slås på och stängas av igen och det mycket snabbt, säger Emre Kizilkan från forskargruppen Functional Morphology and Biomechanics under professor Stanislav Gorb vid Zoological Institute.

Närbild av självhäftande material med LCE-substrat[Bildkälla: Kiel University]

Få grepp i framtiden

Forskarna hoppas att deras intelligenta självhäftande kompositmaterial kommer att användas för att förbättra medicinska tekniker och andra procedurer kräver transport av föremål i mikroområdet. Eller, som många kanske hoppas, kan den användas för att göra de ultimata spidermanhandskarna. Ansökningarna är oändliga.

”Vi kunde visa att vårt nya material kan användas för att transportera föremål. Dessutom visade vi att transporten kan styras mycket exakt med ljus - på mikronivå, förklarar Kizilkan. Gorb tillägger: "Vi använder ljus som en fjärrkontroll, så att säga. Vårt bioinspirerade limmaterial lämnar inte heller några rester på föremålen."

Tekniken är imponerande, men det bevisar fortfarande att naturen förblir modern för all teknik.

SE OCH: Forskare utvecklar en revolutionär luftrobot inspirerad av fladdermöss

Skriven av Maverick Baker

Titta på videon: Cute Leopardgecko! (November 2020).