בהשראת האופן שבו העור על זרועות התמנון עובד, חוקרים ב-Virginia Tech בארה"ב פיתחו דבק חדש שניתן להחלפה במהירות שנדבק היטב לחפצים מתחת למים. החומר יכול למצוא שימוש ברובוטיקה, בריאות ובייצור להרכבה ותפעול של חפצים רטובים.
קשה לייצר דבקים שעובדים מתחת למים. הסיבה לכך היא שקשרי המימן והוואן דר וואלס והכוחות האלקטרוסטטיים שמתווכים הידבקות בסביבות יבשות הרבה פחות יעילים במים. עולם החי, לעומת זאת, מכיל המון דוגמאות של הידבקות חזקה בתנאי לחות: מולים מפרישים חלבונים דביקים מיוחדים, ויוצרים לוח דביק להצמדה למשטחים רטובים; צפרדעים מעבירים נוזל דרך כריות אצבעות מובנות כדי להפעיל כוחות נימיים והידרודינמיים; וצפליפודים כמו התמנון משתמשים בפראיירים כדי להיצמד למשטחים באמצעות יניקה.
קשר דבק חזק
תפסי צפלופוד טובים במיוחד בהחזקת דברים מתחת למים. לתמנונים, למשל, יש שמונה זרועות ארוכות מכוסות פראיירים שיכולות לתפוס חפצים כמו טרף. בצורת קצה הבוכנה של שרברב, הפראיירים נצמדים לחפץ ויוצרים במהירות קשר דבק חזק שקשה לשבור. "ניתן להפעיל ולשחרר את ההדבקה במהירות", מסביר ראש צוות המחקר מייקל ברטלט, "והתמנון שולט ביותר מ-2000 פראיירים על פני שמונה זרועות על ידי עיבוד מידע מחיישנים כימיים ומכניים מגוונים."
ואכן, מכשיר החישה של תמנון מורכב ממערכת קליטה של צילום שמשתמשת בעיניו; מכנורצפטורים המזהים זרימת נוזלים, לחץ ומגע; וחיישני מישוש כימורספציה. כל פראייר נשלט באופן עצמאי כדי להפעיל או לשחרר הדבקה - דבר שלא קיים בדבקים סינתטיים.
הדבק החדש בהשראת תמנון וירג'יניה טק מורכב מגבעול אלסטומר סיליקון המכוסה בממברנת אלסטומר ניתנת למתיחה פנאומטית כדי לשלוט בהדבקה. הגבעול מיוצר על ידי תבניות הדפסה תלת מימדיות ואז אלסטומר הסיליקון יצוק ונרפא. אלמנט הדבק מחובר למקור לחץ המספק לחץ חיובי, ניטרלי ושלילי כדי לשלוט בצורת הממברנה הפעילה.
"עיצוב זה מאפשר לנו להחליף הידבקות 450 פעמים ממצב מופעל לכבוי בפחות מ-50 אלפיות השנייה", אומר ברטלט. "שילבנו היטב את האלמנטים הדביקים האלה עם מערך חיישני קרבה אופטיים מיקרו-LIDAR שמרגישים עד כמה עצם קרוב."
לאחר מכן חיברו החוקרים את הפראיירים וה-LIDAR באמצעות מיקרו-בקר לזיהוי עצמים ובקרת הידבקות בזמן אמת.
כפפה עם פראיירים סינתטיים וחיישנים
מתחת למים, תמנון מלופף את זרועותיו סביב חפצים ויכול להיצמד למגוון משטחים, כולל סלעים, קונכיות חלקות ונשפים מחוספסים באמצעות הפראיירים שלו. ברטלט ועמיתיו חיקו זאת על ידי יצירת כפפה עם פראיירים סינתטיים וחיישנים המשולבים זה בזה. המכשיר הזה, המכונה Octa-glove, יכול לזהות עצמים בעלי צורה שונה מתחת למים. זה מפעיל אוטומטית את הדבק כך שניתן לתפעל את האובייקט.
"על ידי מיזוג חומרים דביקים רכים ומגיבים עם אלקטרוניקה משובצת, אנו יכולים לתפוס חפצים מבלי שנצטרך ללחוץ", אמר ברטלט. "זה הופך את הטיפול בחפצים רטובים או מתחת למים להרבה יותר קל וטבעי יותר. האלקטרוניקה יכולה להפעיל ולשחרר הידבקות במהירות. פשוט הזיז את היד שלך לכיוון חפץ, והכפפה עושה את העבודה כדי לתפוס. הכל יכול להיעשות מבלי שהמשתמש ילחץ על כפתור אחד."
היכולות הללו, המחקות את המניפולציה, החישה והשליטה המתקדמת של צפלפודים, יכולות למצוא יישומים בתחום הרובוטיקה הרכה לאחיזה תת-מימית, יישומים בטכנולוגיות הנעזרות במשתמש ובשירותי בריאות, ובייצור להרכבה ותפעול של חפצים רטובים, הוא אומר. עולם הפיזיקה.
מספר מצבי אחיזה
דבק בהשראת תמנון יכול לרפא פצעים
בניסויים שלהם, החוקרים בדקו כמה מצבי אחיזה. הם השתמשו בחיישן יחיד כדי לתפעל חפצים עדינים וקלי משקל וגילו שהם יכולים להרים ולשחרר במהירות חפצים שטוחים, צעצועי מתכת, גלילים, כפית וכדור הידרוג'ל אולטרה-רך. עד אז הגדרה מחדש של החיישנים כך שחיישנים מרובים הופעלו, הם יכלו לאחוז בחפצים גדולים יותר כמו צלחת, קופסה וקערה.
צוות וירג'יניה טק, מדווח על עבודתו ב התקדמות מדע, אומר שעדיין יש הרבה מה ללמוד, הן על האופן שבו התמנון שולט בהידבקות והן מתמרן חפצים מתחת למים. "אם נוכל להבין טוב יותר את המערכת הטבעית, זה יאפשר ליצור מערכות הנדסיות מתקדמות יותר בהשראת ביו", אומר ברטלט.
