مستوحاة من الطريقة التي يعمل بها جلد أذرع الأخطبوط ، طور باحثون في Virginia Tech في الولايات المتحدة مادة لاصقة جديدة قابلة للتبديل بسرعة تلتصق بأمان بالأشياء الموجودة تحت الماء. يمكن استخدام هذه المواد في الروبوتات والرعاية الصحية والتصنيع لتجميع ومعالجة الأشياء المبللة.
يصعب صنع المواد اللاصقة التي تعمل تحت الماء. وذلك لأن الروابط الهيدروجينية وقوى فان دير فال والقوى الكهروستاتيكية التي تتوسط في الالتصاق في البيئات الجافة تكون أقل فاعلية في الماء. ومع ذلك ، يحتوي عالم الحيوان على الكثير من الأمثلة على الالتصاق القوي في الظروف الرطبة: يفرز بلح البحر بروتينات لاصقة خاصة ، مكونًا لوحة لزجة تلتصق بالأسطح الرطبة ؛ تقوم الضفادع بتوجيه السوائل من خلال وسادات إصبع القدم المهيكلة لتنشيط القوى الشعرية والهيدروديناميكية ؛ ورأسيات الأرجل مثل الأخطبوط تستخدم مصاصات للالتصاق بالأسطح عن طريق الشفط.
رابطة لاصقة قوية
القابضون رأسيات الأرجل جيدون بشكل خاص في حمل الأشياء تحت الماء. Octopi ، على سبيل المثال ، لديه ثمانية أذرع طويلة مغطاة بمصاصة يمكنها الإمساك بأشياء مثل الفريسة. على شكل نهاية مكبس السباك ، يلتصق المصاصون بجسم ما ، مما يؤدي بسرعة إلى تكوين رابطة لاصقة قوية يصعب كسرها. يوضح قائد فريق الدراسة: "يمكن تنشيط الالتصاق وإطلاقه بسرعة" مايكل بارتليت، "ويتحكم الأخطبوط في أكثر من 2000 مصاصة عبر ثمانية أذرع من خلال معالجة المعلومات من أجهزة استشعار كيميائية وميكانيكية متنوعة."
في الواقع ، يتكون جهاز استشعار الأخطبوط من نظام استقبال ضوئي يستخدم عينيه. المستقبلات الميكانيكية التي تكتشف تدفق السوائل والضغط والاتصال ؛ وأجهزة الاستشعار اللمسية للاستقبال الكيميائي. يتم التحكم في كل مصاصة بشكل مستقل لتنشيط الالتصاق أو تحريره - وهو شيء غير موجود في المواد اللاصقة الاصطناعية.
يتكون اللاصق المستوحى من Virginia Tech الأخطبوط من ساق من المطاط الصناعي المغطى بغشاء مطاطي يعمل بالهواء المضغوط للتحكم في الالتصاق. القصبة مصنوعة من قوالب طباعة ثلاثية الأبعاد ثم يتم صب المطاط الصناعي ومعالجته. يتم توصيل العنصر اللاصق بمصدر ضغط يوفر ضغطًا إيجابيًا ومحايدًا وسلبيًا للتحكم في شكل الغشاء النشط.
يقول بارتليت: "يتيح لنا هذا التصميم تبديل الالتصاق 450 مرة من حالة التشغيل إلى حالة الإيقاف في أقل من 50 مللي ثانية". "لقد قمنا بدمج هذه العناصر اللاصقة بإحكام مع مجموعة من مستشعرات القرب البصري micro-LIDAR التي تستشعر مدى قرب الكائن."
ثم قام الباحثون بتوصيل المصاصات و LIDAR من خلال متحكم دقيق لاكتشاف الأشياء في الوقت الحقيقي والتحكم في الالتصاق.
قفاز مع مصاصات وأجهزة استشعار اصطناعية
تحت الماء ، يلف الأخطبوط ذراعيه حول الأشياء ويمكن أن يلتصق بمجموعة متنوعة من الأسطح ، بما في ذلك الصخور والأصداف الملساء والبرنقيلات الخشنة باستخدام مصاصاته. قام بارتليت وزملاؤه بتقليد هذا من خلال صنع قفاز مع مصاصات اصطناعية وأجهزة استشعار مدمجة بإحكام معًا. يمكن لهذا الجهاز ، الذي يطلق عليه اسم Octa-glove ، اكتشاف الأجسام ذات الأشكال المختلفة تحت الماء. يؤدي هذا تلقائيًا إلى تشغيل المادة اللاصقة بحيث يمكن معالجة الكائن.
قال بارتليت: "من خلال دمج المواد اللاصقة الناعمة وسريعة الاستجابة مع الإلكترونيات المدمجة ، يمكننا الإمساك بالأشياء دون الحاجة إلى الضغط عليها". فهو يجعل التعامل مع الأشياء المبللة أو الموجودة تحت الماء أسهل بكثير وأكثر طبيعية. يمكن للإلكترونيات تنشيط الالتصاق وتحريره بسرعة. ما عليك سوى تحريك يدك نحو شيء ما ، ويقوم القفاز بالعمل على فهمه. يمكن القيام بكل ذلك دون أن يضغط المستخدم على زر واحد ".
هذه القدرات ، التي تحاكي التلاعب المتقدم ، والاستشعار والتحكم في رأسيات الأرجل ، يمكن أن تجد تطبيقات في مجال الروبوتات اللينة للإمساك تحت الماء ، والتطبيقات في التقنيات بمساعدة المستخدم والرعاية الصحية ، وفي التصنيع لتجميع ومعالجة الأشياء الرطبة ، كما يقول. عالم الفيزياء.
عدة أوضاع إمساك
مادة لاصقة مستوحاة من الأخطبوط يمكن أن تشفي الجروح
في تجاربهم ، اختبر الباحثون العديد من أوضاع الإمساك. استخدموا مستشعرًا واحدًا للتعامل مع الأشياء الحساسة وخفيفة الوزن ووجدوا أنه يمكنهم بسرعة التقاط الأشياء المسطحة والألعاب المعدنية والأسطوانات والملعقة وكرة هيدروجيل فائقة النعومة وإطلاقها. وبحلول إعادة تكوين المستشعرات إلى تلك المستشعرات المتعددة التي تم تنشيطها ، يمكنها الإمساك بأجسام أكبر مثل الصفيحة والصندوق والوعاء.
قام فريق Virginia Tech بالإبلاغ عن عمله في علم السلف، يقول إنه لا يزال هناك الكثير لنتعلمه ، حول كيفية تحكم الأخطبوط في الالتصاق والتعامل مع الأشياء الموجودة تحت الماء. يقول بارتليت: "إذا تمكنا من فهم النظام الطبيعي بشكل أفضل ، فسيسمح ذلك بإنشاء أنظمة هندسية مستوحاة بيولوجيًا أكثر تقدمًا".
