タコの腕の皮膚の働きに着想を得て、米国のバージニア工科大学の研究者は、水中の物体にしっかりとくっつく、迅速に切り替え可能な新しい接着剤を開発しました。 この材料は、ロボット工学、ヘルスケア、および湿った物体を組み立てて操作するための製造に使用できる可能性があります。
水中で働く接着剤は作るのが難しい。 これは、乾燥した環境で接着を仲介する水素結合とファンデルワールス力および静電力が、水中ではあまり効果がないためです。 しかし、動物の世界には、湿った状態での強力な接着の例がたくさんあります。ムール貝は特別な接着タンパク質を分泌し、湿った表面に付着する粘着性のプラークを作成します。 カエルは、構造化されたつま先パッドを介して流体を流し、毛管力と流体力を活性化します。 タコのような頭足類は、吸盤を使って表面に吸着します。
強力な接着剤
頭足類のグリッパーは、水中で物を保持するのに特に優れています。 たとえば、タコには、獲物のような物体をつかむことができる吸盤で覆われたXNUMX本の長い腕があります. 配管工のプランジャーの先端のような形をした吸盤は、対象物に吸着し、壊れにくい強力な接着結合をすばやく作成します。 研究チームのリーダーは、「接着は迅速に活性化し、解放することができます」と説明しています マイケルバートレット、「そしてタコは、さまざまな化学的および機械的センサーからの情報を処理することにより、2000 本の腕にまたがる XNUMX 個を超える吸盤を制御します。」
実際、タコの感知装置は、目を使った光受容システムで構成されています。 流体の流れ、圧力、および接触を検出する機械受容器。 および化学受容触覚センサー。 各吸盤は、合成接着剤には存在しない接着を活性化または解放するために個別に制御されます。
新しいバージニア工科大学のタコに着想を得た接着剤は、接着を制御するために伸縮可能な空気圧作動式エラストマー膜で覆われたシリコンエラストマーの茎で構成されています。 柄は 3D プリントの金型で作られ、シリコン エラストマーが鋳造されて硬化します。 接着要素は、アクティブな膜の形状を制御するために正圧、中立圧、および負圧を供給する圧力源に接続されています。
「この設計により、450 ミリ秒以内にオンからオフの状態に 50 回接着を切り替えることができます」と Bartlett 氏は言います。 「これらの接着要素を、物体がどれだけ近いかを感知する一連のマイクロ LIDAR 光学近接センサーと緊密に統合しました。」
次に、研究者は、リアルタイムの物体検出と接着制御のために、マイクロコントローラーを介して吸盤と LIDAR を接続しました。
合成吸盤とセンサー付き手袋
水中では、タコは腕を物体に巻きつけ、吸盤を使って岩、滑らかな殻、粗いフジツボなど、さまざまな表面に付着することができます。 バートレットと同僚は、合成吸盤とセンサーがしっかりと一体化された手袋を作ることで、これを模倣しました。 オクタグローブと呼ばれるこのデバイスは、水中のさまざまな形状の物体を検出できます。 これにより、接着剤が自動的にトリガーされ、オブジェクトを操作できるようになります。
Bartlett 氏は次のように述べています。 「濡れた物体や水中の物体をより簡単に、より自然に扱うことができます。 エレクトロニクスは、接着を迅速に活性化し、解放することができます。 対象物に向かって手を動かすだけで、グローブがつかむ作業を行います。 ユーザーがボタンを XNUMX つも押さなくても、すべて実行できます。」
頭足類の高度な操作、感知、制御を模倣するこれらの機能は、水中での把持のためのソフトロボティクスの分野、ユーザー支援技術とヘルスケアへの応用、および濡れた物体の組み立てと操作のための製造への応用を見つけることができると彼は言います。 物理学の世界.
いくつかのグリップモード
タコに着想を得た接着剤は傷を癒すことができます
実験では、研究者はいくつかの把持モードをテストしました。 彼らは、単一のセンサーを使用して繊細で軽量なオブジェクトを操作し、平らなオブジェクト、金属製のおもちゃ、シリンダー、スプーン、超ソフトなハイドロゲル ボールをすばやく持ち上げて離すことができることを発見しました。 その後、複数のセンサーがアクティブになるようにセンサーを再構成することで、皿、箱、ボウルなどのより大きな物体をつかむことができました。
バージニア工科大学のチームは、その作業を報告しています 科学の進歩、タコが付着を制御する方法と水中の物体を操作する方法の両方について、まだ学ぶべきことがたくさんあると言います. 「自然のシステムをよりよく理解することができれば、より高度な生物にヒントを得た人工システムを作成できるようになります」と Bartlett は言います。
