محققان در ویرجینیا تک در ایالات متحده با الهام از نحوه عملکرد پوست بازوهای اختاپوس، چسب جدیدی با قابلیت تعویض سریع ابداع کرده اند که به طور ایمن به اجسام زیر آب می چسبد. این ماده می‌تواند در رباتیک، مراقبت‌های بهداشتی و در تولید برای مونتاژ و دستکاری اشیاء مرطوب استفاده شود.
چسب هایی که در زیر آب کار می کنند به سختی ساخته می شوند. این به این دلیل است که پیوندهای هیدروژنی و واندروالس و نیروهای الکترواستاتیکی که واسطه چسبندگی در محیط های خشک هستند در آب بسیار کمتر موثر هستند. با این حال، دنیای حیوانات شامل نمونه‌های زیادی از چسبندگی قوی در شرایط مرطوب است: صدف‌ها پروتئین‌های چسبنده خاصی ترشح می‌کنند و پلاک‌های چسبناکی را برای چسباندن به سطوح مرطوب ایجاد می‌کنند. قورباغه ها مایع را از طریق بالشتک های ساختار یافته برای فعال کردن نیروهای مویرگی و هیدرودینامیکی عبور می دهند. و سفالوپودهایی مانند اختاپوس از مکنده ها برای چسبیدن به سطوح از طریق مکش استفاده می کنند.
چسبندگی قوی
گیره های سفالوپود به ویژه در نگه داشتن اشیا در زیر آب خوب هستند. به عنوان مثال، اختاپی ها دارای هشت بازوی بلند هستند که با مکنده هایی پوشانده شده اند که می توانند روی اشیایی مانند طعمه چنگ بزنند. مکنده ها که شکلی شبیه انتهای پیستون لوله کش دارند، به یک جسم می چسبند و به سرعت یک پیوند چسبنده قوی ایجاد می کنند که شکستن آن دشوار است. رهبر تیم مطالعه توضیح می دهد: «چسبندگی می تواند به سرعت فعال و آزاد شود مایکل بارتلتو اختاپوس بیش از 2000 مکنده در هشت بازو را با پردازش اطلاعات از حسگرهای شیمیایی و مکانیکی مختلف کنترل می کند.
در واقع، دستگاه حسگر اختاپوس از یک سیستم دریافت نور تشکیل شده است که از چشمان آن استفاده می کند. گیرنده های مکانیکی که جریان، فشار و تماس سیال را تشخیص می دهند. و حسگرهای لمسی شیمی درمانی. هر مکنده به طور مستقل کنترل می شود تا چسبندگی را فعال یا آزاد کند - چیزی که در چسب های مصنوعی وجود ندارد.
چسب جدید الهام گرفته از اختاپوس ویرجینیا تک شامل یک ساقه الاستومر سیلیکونی است که با یک غشای الاستومری قابل کشش با تحریک پنوماتیک برای کنترل چسبندگی پوشانده شده است. ساقه توسط قالب های چاپ سه بعدی ساخته می شود و الاستومر سیلیکونی سپس ریخته گری و پخت می شود. عنصر چسب به یک منبع فشار متصل می شود که فشار مثبت، خنثی و منفی را برای کنترل شکل غشاء فعال تامین می کند.
بارتلت می‌گوید: «این طراحی به ما امکان می‌دهد تا در کمتر از ۵۰ میلی‌ثانیه ۴۵۰ بار چسبندگی را از حالت روشن به خاموش تغییر دهیم. ما این عناصر چسبنده را با مجموعه‌ای از حسگرهای مجاورت نوری micro-LIDAR ادغام کردیم که میزان نزدیکی یک جسم را حس می‌کنند.
محققان سپس مکنده ها و LIDAR را از طریق یک میکروکنترلر برای تشخیص واقعی اشیا و کنترل چسبندگی به هم متصل کردند.
دستکش با مکنده و سنسور مصنوعی
در زیر آب، اختاپوس بازوهای خود را به دور اشیاء می‌پیچد و می‌تواند با استفاده از مکنده‌های خود به سطوح مختلفی از جمله سنگ‌ها، پوسته‌های صاف و خرطوم‌های خشن بچسبد. بارتلت و همکارانش با ساختن دستکشی با مکنده های مصنوعی و حسگرهایی که به طور محکم با هم ادغام شده بودند، این را تقلید کردند. این دستگاه که Octa-glove نام دارد، می تواند اجسام با شکل های متفاوت را در زیر آب تشخیص دهد. این به طور خودکار چسب را تحریک می کند تا بتوان جسم را دستکاری کرد.
بارتلت می‌گوید: «با ادغام مواد چسبنده نرم و حساس با وسایل الکترونیکی تعبیه‌شده، می‌توانیم اجسام را بدون نیاز به فشردن در دست بگیریم. «این کار دست زدن به اجسام مرطوب یا زیر آب را بسیار ساده تر و طبیعی تر می کند. لوازم الکترونیکی می توانند به سرعت چسبندگی را فعال و آزاد کنند. فقط دست خود را به سمت یک جسم حرکت دهید و دستکش کار را برای گرفتن انجام می دهد. همه این کارها را می توان بدون فشار دادن یک دکمه توسط کاربر انجام داد."
او می گوید که این قابلیت ها، که دستکاری، حس کردن و کنترل پیشرفته سفالوپودها را تقلید می کنند، می توانند در زمینه رباتیک نرم برای گرفتن زیر آب، کاربرد در فناوری های به کمک کاربر و مراقبت های بهداشتی، و در ساخت برای مونتاژ و دستکاری اشیاء مرطوب کاربرد داشته باشند. دنیای فیزیک.
چندین حالت گرفتن
چسب الهام گرفته از اختاپوس می تواند زخم ها را التیام بخشد
در آزمایشات خود، محققان چندین حالت گرفتن را آزمایش کردند. آنها از یک حسگر واحد برای دستکاری اشیاء ظریف و سبک استفاده کردند و دریافتند که می توانند به سرعت اجسام مسطح، اسباب بازی های فلزی، سیلندرها، یک قاشق و یک توپ هیدروژل فوق نرم را برداشته و رها کنند. با پیکربندی مجدد حسگرها به گونه‌ای که چندین حسگر فعال شدند، آنها می‌توانستند اشیاء بزرگ‌تری مانند بشقاب، جعبه و کاسه را در دست بگیرند.
تیم ویرجینیا تک، گزارش کار خود را در با پیشرفتهای علمی، می گوید که هنوز چیزهای زیادی برای یادگیری وجود دارد، هم در مورد نحوه کنترل چسبندگی و هم دستکاری اجسام زیر آب توسط اختاپوس. بارتلت می‌گوید: «اگر بتوانیم سیستم طبیعی را بهتر درک کنیم، این امکان ایجاد سیستم‌های مهندسی پیشرفته‌تر از زیست‌شناسی را فراهم می‌کند.
