Az amerikai Virginia Tech kutatói a polipkarok bőrének működése alapján új, gyorsan kapcsolható ragasztót fejlesztettek ki, amely biztonságosan tapad a víz alatti tárgyakhoz. Az anyagot a robotikában, az egészségügyben, valamint a nedves tárgyak összeszerelésére és manipulálására szolgáló gyártásban lehetne használni.
A víz alatt működő ragasztókat nehéz elkészíteni. Ennek az az oka, hogy a száraz környezetben a tapadást közvetítő hidrogénkötések, van der Waals és elektrosztatikus erők vízben sokkal kevésbé hatékonyak. Az állatvilág azonban számos példát tartalmaz a nedves körülmények között tapasztalható erős tapadásra: a kagylók speciális ragasztófehérjéket választanak ki, így ragacsos plakkot hoznak létre, amely a nedves felületekre tapad; a békák a folyadékot strukturált lábujjpárnákon keresztül vezetik át, hogy aktiválják a kapilláris és hidrodinamikai erőket; és a lábasfejűek, például a polipok, szívók segítségével tapadnak a felületekhez.
Erős ragasztó kötés
A fejlábú fogók különösen jók a dolgok víz alatti megtartására. Az Octopinak például nyolc hosszú karja van, amelyeket balekok borítanak, amelyek képesek megragadni a tárgyakat, például a zsákmányt. A vízvezeték-szerelő dugattyújának végéhez hasonló formájú tapadókorongok egy tárgyhoz tapadnak, így gyorsan erős, nehezen megszakítható tapadó kötést hoznak létre. „A tapadás gyorsan aktiválható és feloldható” – magyarázza a vizsgálati csoport vezetője Michael Bartlett, „és a polip több mint 2000 szívófejet irányít nyolc karon, különféle kémiai és mechanikai érzékelőktől származó információk feldolgozásával.”
Valójában egy polip érzékelő berendezése egy fényérzékelő rendszerből áll, amely a szemét használja; mechanoreceptorok, amelyek érzékelik a folyadék áramlását, nyomását és érintkezését; és kemorecepciós tapintási érzékelők. Mindegyik tapadókorongot egymástól függetlenül szabályozzák, hogy aktiválja vagy feloldja a tapadást – ami a szintetikus ragasztókban nem létezik.
Az új Virginia Tech polip ihlette ragasztó egy szilikon elasztomer szárból áll, amelyet egy nyújtható pneumatikusan működtetett elasztomer membrán fed le a tapadás szabályozására. A szárat 3D nyomtatási formákkal készítik, majd a szilikon elasztomert öntik és kikeményítik. A ragasztóelem egy nyomásforráshoz csatlakozik, amely pozitív, semleges és negatív nyomást biztosít az aktív membrán alakjának szabályozására.
„Ez a kialakítás lehetővé teszi, hogy 450-szer kapcsoljuk át a tapadást bekapcsolt állapotból kikapcsolt állapotba kevesebb, mint 50 ms alatt” – mondja Bartlett. „Szorosan integráltuk ezeket a ragasztóelemeket egy sor mikro-LIDAR optikai közelségérzékelővel, amelyek érzékelik, milyen közel van egy tárgy.”
A kutatók ezután összekapcsolták a szívókat és a LIDAR-t egy mikrokontrolleren keresztül a valós idejű objektumészlelés és a tapadás szabályozása érdekében.
Szintetikus tapadókorongokkal és érzékelőkkel ellátott kesztyű
A víz alatt a polip a tárgyak köré fonja a karját, és különféle felületekhez tud tapadni, beleértve a sziklákat, a sima kagylókat és a durva barackokat a balekjaival. Bartlett és munkatársai ezt utánozták azzal, hogy egy kesztyűt készítettek szintetikus tapadókorongokkal és érzékelőkkel szorosan egymásba integrálva. Ez az Octa-glove névre keresztelt eszköz képes észlelni a különböző alakú tárgyakat a víz alatt. Ez automatikusan aktiválja a ragasztót, így a tárgy manipulálható.
„A puha, érzékeny ragasztóanyagok és a beágyazott elektronika egyesítése révén megragadhatjuk a tárgyakat anélkül, hogy össze kellene szorítanunk” – mondta Bartlett. „Sokkal egyszerűbbé és természetesebbé teszi a nedves vagy víz alatti tárgyak kezelését. Az elektronika gyorsan aktiválja és feloldja a tapadást. Csak mozgassa a kezét egy tárgy felé, és a kesztyű megragadja a munkát. Mindez megtehető anélkül, hogy a felhasználó egyetlen gombot megnyomna.”
Ezek a képességek, amelyek a lábasfejűek fejlett manipulációját, érzékelését és irányítását utánozzák, alkalmazást találhatnak a puha robotika területén víz alatti megfogáshoz, a felhasználó által támogatott technológiákban és az egészségügyben, valamint a gyártásban a nedves tárgyak összeállítására és manipulálására. Fizika Világa.
Számos fogási mód
A polip ihlette ragasztó meggyógyíthatja a sebeket
A kutatók kísérleteik során több megfogási módot is teszteltek. Egyetlen érzékelővel kezelték a kényes, könnyű tárgyakat, és azt találták, hogy gyorsan fel tudnak venni és elengedni lapos tárgyakat, fémjátékokat, hengereket, kanalat és ultralágy hidrogél golyót. Azáltal, hogy az érzékelőket úgy konfigurálták, hogy több érzékelőt aktiváljanak, nagyobb tárgyakat is meg tudtak fogni, például tányért, dobozt és tálat.
A Virginia Tech csapata beszámol a munkájáról Tudomány előlegek, azt mondja, hogy még sokat kell tanulni, mind arról, hogy a polip hogyan szabályozza a tapadást, és hogyan kezeli a víz alatti tárgyakat. "Ha jobban megértjük a természetes rendszert, ez lehetővé teszi, hogy fejlettebb, biológiailag inspirált, mérnöki rendszereket hozzunk létre" - mondja Bartlett.
