Εμπνευσμένοι από τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί το δέρμα στα χέρια του χταποδιού, οι ερευνητές της Virginia Tech στις ΗΠΑ ανέπτυξαν μια νέα κόλλα που αλλάζει γρήγορα και κολλάει με ασφάλεια σε αντικείμενα κάτω από το νερό. Το υλικό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στη ρομποτική, στην υγειονομική περίθαλψη και στην κατασκευή για τη συναρμολόγηση και το χειρισμό υγρών αντικειμένων.
Οι κόλλες που λειτουργούν κάτω από το νερό είναι δύσκολο να κατασκευαστούν. Αυτό συμβαίνει επειδή οι δεσμοί υδρογόνου και το van der Waals και οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις που μεσολαβούν στην πρόσφυση σε ξηρά περιβάλλοντα είναι πολύ λιγότερο αποτελεσματικές στο νερό. Ο ζωικός κόσμος, ωστόσο, περιέχει πολλά παραδείγματα ισχυρής πρόσφυσης σε συνθήκες υγρασίας: τα μύδια εκκρίνουν ειδικές συγκολλητικές πρωτεΐνες, δημιουργώντας μια κολλώδη πλάκα για να προσκολληθεί σε υγρές επιφάνειες. Οι βάτραχοι διοχετεύουν το υγρό μέσω των δομημένων μαξιλαριών των δακτύλων για να ενεργοποιήσουν τις τριχοειδείς και υδροδυναμικές δυνάμεις. και κεφαλόποδα όπως το χταπόδι χρησιμοποιούν κορόιδα για να προσκολληθούν στις επιφάνειες μέσω αναρρόφησης.
Ισχυρή συγκόλληση
Οι αρπάγες κεφαλόποδων είναι ιδιαίτερα καλοί στο να κρατούν τα πράγματα κάτω από το νερό. Τα χταπόδια, για παράδειγμα, έχουν οκτώ μακριά χέρια καλυμμένα με κορόιδα που μπορούν να αρπάξουν πάνω σε αντικείμενα όπως το θήραμα. Με σχήμα σαν το άκρο του εμβόλου ενός υδραυλικού, τα κορόιδα προσκολλώνται σε ένα αντικείμενο, δημιουργώντας γρήγορα έναν ισχυρό κολλητικό δεσμό που είναι δύσκολο να σπάσει. «Η πρόσφυση μπορεί να ενεργοποιηθεί και να απελευθερωθεί γρήγορα», εξηγεί ο επικεφαλής της ομάδας μελέτης Μάικλ Μπάρτλετ, «και το χταπόδι ελέγχει πάνω από 2000 κορόιδα σε οκτώ βραχίονες επεξεργάζοντας πληροφορίες από διάφορους χημικούς και μηχανικούς αισθητήρες».
Πράγματι, η συσκευή αίσθησης ενός χταποδιού αποτελείται από ένα σύστημα φωτοαντίληψης που χρησιμοποιεί τα μάτια του. Μηχανοϋποδοχείς που ανιχνεύουν τη ροή, την πίεση και την επαφή του υγρού. και αισθητήρες αφής χημειοαντίληψης. Κάθε κορόιδο ελέγχεται ανεξάρτητα για να ενεργοποιεί ή να απελευθερώνει την πρόσφυση – κάτι που δεν υπάρχει στις συνθετικές κόλλες.
Η νέα κόλλα εμπνευσμένη από το χταπόδι της Virginia Tech αποτελείται από ένα μίσχο ελαστομερούς σιλικόνης που καλύπτεται με μια ελαστική μεμβράνη ελαστομερούς που ενεργοποιείται πνευματικά για τον έλεγχο της πρόσφυσης. Το κοτσάνι κατασκευάζεται από καλούπια τρισδιάστατης εκτύπωσης και το ελαστομερές σιλικόνης στη συνέχεια χυτεύεται και ωριμάζει. Το συγκολλητικό στοιχείο συνδέεται με μια πηγή πίεσης που παρέχει θετική, ουδέτερη και αρνητική πίεση για τον έλεγχο του σχήματος της ενεργής μεμβράνης.
"Αυτός ο σχεδιασμός μας επιτρέπει να αλλάξουμε την πρόσφυση 450 φορές από την κατάσταση ενεργοποίησης σε κατάσταση απενεργοποίησης σε λιγότερο από 50 ms", λέει ο Bartlett. «Ενσωματώσαμε στενά αυτά τα συγκολλητικά στοιχεία με μια σειρά οπτικών αισθητήρων εγγύτητας micro-LIDAR που αντιλαμβάνονται πόσο κοντά είναι ένα αντικείμενο».
Στη συνέχεια, οι ερευνητές συνέδεσαν τα κορόιδα και το LIDAR μέσω ενός μικροελεγκτή για ανίχνευση αντικειμένων σε πραγματικό χρόνο και έλεγχο πρόσφυσης.
Γάντι με συνθετικά κορόιδα και αισθητήρες
Υποβρύχια, ένα χταπόδι τυλίγει τα χέρια του γύρω από αντικείμενα και μπορεί να προσκολληθεί σε διάφορες επιφάνειες, όπως βράχους, λεία κοχύλια και τραχιά βαρέλια χρησιμοποιώντας τα κορόιδά του. Ο Bartlett και οι συνεργάτες του το μιμήθηκαν φτιάχνοντας ένα γάντι με συνθετικά κορόιδα και αισθητήρες στενά ενσωματωμένους μεταξύ τους. Αυτή η συσκευή, που ονομάζεται Octa-glove, μπορεί να ανιχνεύσει αντικείμενα διαφορετικού σχήματος κάτω από το νερό. Αυτό ενεργοποιεί αυτόματα την κόλλα έτσι ώστε το αντικείμενο να μπορεί να χειριστεί.
«Με τη συγχώνευση μαλακών, ανθεκτικών συγκολλητικών υλικών με ενσωματωμένα ηλεκτρονικά, μπορούμε να πιάσουμε αντικείμενα χωρίς να χρειάζεται να πιέζουμε», είπε ο Bartlett. «Κάνει το χειρισμό υγρών ή υποβρύχιων αντικειμένων πολύ πιο εύκολο και πιο φυσικό. Τα ηλεκτρονικά μπορούν να ενεργοποιηθούν και να απελευθερώσουν την πρόσφυση γρήγορα. Απλώς μετακινήστε το χέρι σας προς ένα αντικείμενο και το γάντι κάνει τη δουλειά για να το πιάσει. Όλα μπορούν να γίνουν χωρίς ο χρήστης να πατήσει ούτε ένα κουμπί."
Αυτές οι δυνατότητες, που μιμούνται τον προηγμένο χειρισμό, την αίσθηση και τον έλεγχο των κεφαλόποδων, θα μπορούσαν να βρουν εφαρμογές στον τομέα της μαλακής ρομποτικής για υποβρύχια λαβή, εφαρμογές σε τεχνολογίες υποβοηθούμενη από τον χρήστη και υγειονομική περίθαλψη και στην κατασκευή για τη συναρμολόγηση και το χειρισμό υγρών αντικειμένων, λέει. Κόσμος Φυσικής.
Αρκετοί τρόποι λαβής
Η κόλλα εμπνευσμένη από το χταπόδι θα μπορούσε να θεραπεύσει τις πληγές
Στα πειράματά τους, οι ερευνητές δοκίμασαν πολλούς τρόπους λαβής. Χρησιμοποίησαν έναν μόνο αισθητήρα για να χειριστούν ευαίσθητα, ελαφριά αντικείμενα και διαπίστωσαν ότι μπορούσαν να μαζέψουν και να απελευθερώσουν γρήγορα επίπεδα αντικείμενα, μεταλλικά παιχνίδια, κυλίνδρους, ένα κουτάλι και μια μπάλα πολύ μαλακής υδρογέλης. Μετά την επαναδιαμόρφωση των αισθητήρων ώστε να ενεργοποιηθούν πολλαπλοί αισθητήρες, θα μπορούσαν να πιάσουν μεγαλύτερα αντικείμενα όπως πιάτο, κουτί και μπολ.
Η ομάδα της Virginia Tech, που αναφέρει το έργο της στο Προκαταβολές Επιστήμη, λέει ότι υπάρχουν ακόμα πολλά να μάθουμε, τόσο για το πώς το χταπόδι ελέγχει την πρόσφυση και χειρίζεται τα υποβρύχια αντικείμενα. «Εάν μπορούμε να κατανοήσουμε καλύτερα το φυσικό σύστημα, αυτό θα επιτρέψει τη δημιουργία πιο προηγμένων, βιο-εμπνευσμένων, μηχανικών συστημάτων», λέει ο Bartlett.
