문어 팔의 피부가 작동하는 방식에서 영감을 받아 미국 버지니아 공대(Virginia Tech)의 연구원들은 물 속 물체에 단단히 고정되는 신속하게 전환 가능한 새로운 접착제를 개발했습니다. 이 재료는 로봇 공학, 의료 및 젖은 물체를 조립하고 조작하기 위한 제조에서 사용할 수 있습니다.
수중에서 작동하는 접착제는 만들기가 어렵습니다. 이는 건조한 환경에서 접착을 매개하는 수소 결합과 반 데르 발스 및 정전기력이 물에서 훨씬 덜 효과적이기 때문입니다. 그러나 동물의 세계에는 습한 조건에서 강한 접착력의 예가 많이 있습니다. 개구리는 구조화된 발가락 패드를 통해 유체를 전달하여 모세관 및 유체 역학적 힘을 활성화합니다. 문어와 같은 두족류는 흡반을 사용하여 흡인을 통해 표면에 부착합니다.
강력한 접착력
두족류 그리퍼는 특히 물속에서 물건을 잡는 데 능숙합니다. 예를 들어, 문어는 먹이와 같은 물체를 잡을 수 있는 빨판으로 덮인 XNUMX개의 긴 팔을 가지고 있습니다. 배관공의 플런저 끝과 같은 모양의 빨판은 물체에 달라붙어 쉽게 끊어지지 않는 강한 접착력을 형성합니다. "접착제가 빠르게 활성화되고 풀릴 수 있습니다."라고 연구 팀 리더가 설명합니다. 마이클 바틀렛, "그리고 문어는 다양한 화학 및 기계 센서의 정보를 처리하여 2000개의 팔에 걸쳐 XNUMX개 이상의 빨판을 제어합니다."
실제로 문어의 감지 장치는 눈을 사용하는 광수용 시스템으로 구성됩니다. 유체 흐름, 압력 및 접촉을 감지하는 기계적 수용체; 및 화학수용성 촉각 센서. 각 흡입기는 합성 접착제에는 없는 접착력을 활성화하거나 해제하도록 독립적으로 제어됩니다.
새로운 Virginia Tech 문어에서 영감을 받은 접착제는 접착력을 제어하기 위해 신축성 있는 공압 작동 엘라스토머 멤브레인으로 덮인 실리콘 엘라스토머 줄기로 구성됩니다. 줄기는 3D 프린팅 몰드로 만든 다음 실리콘 엘라스토머를 주조하고 경화시킵니다. 접착 요소는 활성 멤브레인의 모양을 제어하기 위해 양압, 중성 및 음압을 공급하는 압력 소스에 연결됩니다.
Bartlett는 "이 디자인을 통해 450ms 이내에 접착을 켜기에서 끄기로 50번 전환할 수 있습니다."라고 말합니다. "우리는 이러한 접착 요소를 물체가 얼마나 가까이 있는지 감지하는 마이크로 LIDAR 광학 근접 센서 어레이와 긴밀하게 통합했습니다."
그런 다음 연구원들은 실시간 물체 감지 및 접착 제어를 위해 마이크로컨트롤러를 통해 빨판과 LIDAR를 연결했습니다.
합성 빨판 및 센서가 있는 장갑
수중에서 문어는 물체 주위에 팔을 감고 빨판을 사용하여 암석, 매끄러운 껍질 및 거친 따개비를 포함한 다양한 표면에 부착할 수 있습니다. Bartlett와 동료들은 합성 빨판과 센서가 밀접하게 통합된 장갑을 만들어 이를 모방했습니다. Octa-glove라고 불리는 이 장치는 수중에서 다른 모양의 물체를 감지할 수 있습니다. 이것은 물체를 조작할 수 있도록 접착제를 자동으로 작동시킵니다.
Bartlett은 “부드러우며 반응성이 뛰어난 접착 재료를 내장된 전자 장치와 결합하여 쥐지 않고도 물체를 잡을 수 있습니다.”라고 말했습니다. “젖거나 수중 물체를 훨씬 쉽고 자연스럽게 다룰 수 있습니다. 전자 장치는 접착력을 빠르게 활성화하고 해제할 수 있습니다. 물체를 향해 손을 움직이기만 하면 장갑이 잡는 역할을 합니다. 사용자가 버튼 하나만 누르지 않고도 이 모든 작업을 수행할 수 있습니다.”
두족류의 고급 조작, 감지 및 제어를 모방한 이러한 기능은 수중 그립을 위한 소프트 로봇 공학, 사용자 지원 기술 및 의료, 젖은 물체를 조립 및 조작하기 위한 제조 분야에서 응용 프로그램을 찾을 수 있다고 그는 말합니다. 물리 세계.
여러 그립 모드
문어에서 영감을 얻은 접착제는 상처를 치료할 수 있습니다
그들의 실험에서 연구원들은 몇 가지 그립 모드를 테스트했습니다. 그들은 단일 센서를 사용하여 섬세하고 가벼운 물체를 조작하고 평평한 물체, 금속 장난감, 실린더, 숟가락 및 매우 부드러운 하이드로겔 공을 빠르게 집고 놓을 수 있음을 발견했습니다. 그런 다음 여러 센서가 활성화되도록 센서를 재구성하면 접시, 상자 및 그릇과 같은 더 큰 물체를 잡을 수 있습니다.
버지니아 공대 팀, 작업 보고 과학의 발전, 문어가 접착력을 제어하고 수중 물체를 조작하는 방법에 대해 아직 배울 것이 많다고 말합니다. Bartlett은 "자연 시스템을 더 잘 이해할 수 있다면 더 발전된 생체에서 영감을 받은 공학 시스템을 만들 수 있을 것입니다."라고 말합니다.
