Mustekala käsivarsien ihon innoittamana yhdysvaltalaisen Virginia Techin tutkijat ovat kehittäneet uuden nopeasti vaihdettavan liiman, joka tarttuu turvallisesti vedenalaisiin esineisiin. Materiaalille voitaisiin löytää käyttöä robotiikassa, terveydenhuollossa ja valmistuksessa kosteiden esineiden kokoamiseen ja käsittelyyn.
Veden alla toimivia liimoja on vaikea valmistaa. Tämä johtuu siitä, että vetysidokset ja van der Waals ja sähköstaattiset voimat, jotka välittävät tarttumista kuivissa ympäristöissä, ovat paljon vähemmän tehokkaita vedessä. Eläinmaailmassa on kuitenkin paljon esimerkkejä vahvasta tarttumisesta kosteissa olosuhteissa: simpukat erittävät erityisiä tarttuvia proteiineja, jotka muodostavat tahmean plakin, joka kiinnittyy kosteisiin pintoihin; sammakot kanavoivat nestettä strukturoitujen varvastyynyjen läpi aktivoidakseen kapillaari- ja hydrodynaamisia voimia; ja pääjalkaiset, kuten mustekala, käyttävät imuja kiinnittyessään pintoihin imulla.
Vahva liimaus
Pääjalkaisten tarttujat ovat erityisen hyviä pitämään asioita veden alla. Esimerkiksi Octopilla on kahdeksan pitkää käsivartta, jotka on peitetty imuilla, jotka voivat tarttua esineisiin, kuten saalista. Putkimiehen männän pään muotoiset imut tarttuvat esineeseen ja muodostavat nopeasti vahvan tartuntasidoksen, jota on vaikea rikkoa. "Kiinnitys voidaan nopeasti aktivoida ja vapauttaa", selittää tutkimusryhmän johtaja Michael Bartlett, "ja mustekala ohjaa yli 2000 imevää kahdeksalla kädellä käsittelemällä tietoja erilaisista kemiallisista ja mekaanisista antureista."
Todellakin, mustekalan tunnistuslaite koostuu valovastaanottojärjestelmästä, joka käyttää sen silmiä; mekanoreseptorit, jotka havaitsevat nesteen virtauksen, paineen ja kosketuksen; ja kemoreseption tuntoanturit. Jokaista imuria ohjataan itsenäisesti aktivoimaan tai vapauttamaan tarttuvuus – jotain, mitä ei ole synteettisissä liimoissa.
Uusi Virginia Techin mustekala-vaikutteinen liima koostuu silikonielastomeerivarresta, joka on päällystetty venyvällä pneumaattisesti toimivalla elastomeerikalvolla tarttuvuuden hallitsemiseksi. Varsi valmistetaan 3D-tulostusmuotteilla ja sitten silikonielastomeeri valetaan ja kovetetaan. Liimaelementti on liitetty painelähteeseen, joka tuottaa positiivisen, neutraalin ja alipaineen säätelemään aktiivisen kalvon muotoa.
"Tämän rakenteen ansiosta voimme vaihtaa adheesiota 450 kertaa päälle-tilasta pois päältä alle 50 ms:ssa", Bartlett sanoo. "Yhdistimme nämä liimaelementit tiiviisti joukkoon optisia mikroLIDAR-läheisyysantureita, jotka tunnistavat, kuinka lähellä kohde on."
Tämän jälkeen tutkijat yhdistivät imurit ja LIDAR:n mikro-ohjaimen kautta reaaliaikaista esineen havaitsemista ja adheesion hallintaa varten.
Käsine synteettisillä imemisillä ja antureilla
Vedenalainen mustekala kiertelee käsivarsiaan esineiden ympärille ja voi kiinnittyä eri pintoihin, kuten kiviin, sileisiin kuoriin ja karkeisiin naarmuihin, käyttämällä imureita. Bartlett ja kollegat matkivat tätä tekemällä käsineen synteettisistä imemisistä ja antureista, jotka oli integroitu tiiviisti yhteen. Tämä Octa-hanskaksi kutsuttu laite pystyy havaitsemaan erimuotoisia esineitä veden alla. Tämä laukaisee automaattisesti liiman, jotta esinettä voidaan käsitellä.
"Yhdistämällä pehmeät, herkät liimamateriaalit sulautettuun elektroniikkaan, voimme tarttua esineisiin ilman, että meidän tarvitsee puristaa", sanoi Bartlett. ”Se tekee märkien tai vedenalaisten esineiden käsittelystä paljon helpompaa ja luonnollisempaa. Elektroniikka voi aktivoida ja vapauttaa tartunnan nopeasti. Siirrä vain kättäsi kohti esinettä, ja hansikas tekee työn tarttumiseen. Kaikki tämä voidaan tehdä ilman, että käyttäjä painaa yhtä painiketta."
Näille ominaisuuksille, jotka jäljittelevät pääjalkaisten edistynyttä käsittelyä, tunnistusta ja hallintaa, voitaisiin löytää sovelluksia pehmeän robotiikan alalla vedenalaiseen tarttumiseen, sovelluksiin käyttäjäavusteisissa teknologioissa ja terveydenhuollossa sekä valmistuksessa kosteiden esineiden kokoamiseen ja käsittelyyn, hän kertoo. Fysiikan maailma.
Useita tarttumistiloja
Mustekala-vaikutteinen liima voi parantaa haavat
Kokeissaan tutkijat testasivat useita tarttumismuotoja. He käyttivät yhtä anturia käsitelläkseen herkkiä, kevyitä esineitä ja havaitsivat, että he pystyivät nopeasti poimimaan ja vapauttamaan litteitä esineitä, metallileluja, sylintereitä, lusikan ja ultrapehmeän hydrogeelipallon. Kun anturit määritettiin uudelleen siten, että useita antureita aktivoitiin, ne pystyivät tarttumaan suurempiin esineisiin, kuten lautaseen, laatikkoon ja kulhoon.
Virginia Tech -tiimi raportoi työstään Tiede ennakot, sanoo, että on vielä paljon opittavaa sekä siitä, kuinka mustekala hallitsee tarttumista ja käsittelee vedenalaisia esineitä. "Jos voimme ymmärtää paremmin luonnollista järjestelmää, tämä antaa mahdollisuuden luoda kehittyneempiä biovaikutteisia, suunniteltuja järjestelmiä", Bartlett sanoo.
