Po navdihu, kako deluje koža na rokah hobotnice, so raziskovalci na univerzi Virginia Tech v ZDA razvili novo hitro preklopljivo lepilo, ki se varno prilepi na predmete pod vodo. Material bi lahko našel uporabo v robotiki, zdravstvu in v proizvodnji za sestavljanje in manipulacijo mokrih predmetov.
Lepila, ki delujejo pod vodo, je težko narediti. To je zato, ker so vodikove vezi in van der Waalsove ter elektrostatične sile, ki posredujejo oprijem v suhem okolju, veliko manj učinkovite v vodi. Živalski svet pa vsebuje veliko primerov močnega oprijema v vlažnih razmerah: školjke izločajo posebne lepljive beljakovine, ki ustvarjajo lepljivo oblogo za pritrditev na mokre površine; žabe kanalizirajo tekočino skozi strukturirane prstne blazinice, da aktivirajo kapilarne in hidrodinamične sile; in glavonožci, kot je hobotnica, uporabljajo priseske, da se s sesanjem prilepijo na površine.
Močna lepilna vez
Prijemala za glavonožce so še posebej dobra pri držanju stvari pod vodo. Hobotnice imajo na primer osem dolgih rok, pokritih s priseski, ki lahko zgrabijo predmete kot plen. V obliki konca bata vodovodarja se priseski prilepijo na predmet in hitro ustvarijo močno lepilno vez, ki jo je težko prekiniti. "Oprijem je mogoče hitro aktivirati in sprostiti," pojasnjuje vodja študijske skupine Michael Bartlett, "in hobotnica nadzoruje več kot 2000 sesalcev v osmih rokah z obdelavo informacij iz različnih kemičnih in mehanskih senzorjev."
Zaznavalni aparat hobotnice dejansko sestoji iz fotorecepcijskega sistema, ki uporablja njene oči; mehanoreceptorji, ki zaznavajo pretok tekočine, pritisk in stik; in kemorecepcijski taktilni senzorji. Vsak sesalec je neodvisno nadzorovan, da aktivira ali sprosti adhezijo – nekaj, kar ne obstaja pri sintetičnih lepilih.
Novo lepilo Virginia Tech, ki ga je navdihnila hobotnica, je sestavljeno iz stebla iz silikonskega elastomera, prevlečenega z raztegljivo pnevmatsko aktivirano elastomerno membrano za nadzor oprijema. Pecelj je izdelan s kalupi za 3D tiskanje, silikonski elastomer pa se nato ulije in strdi. Lepilni element je povezan z virom tlaka, ki zagotavlja pozitiven, nevtralen in negativen tlak za nadzor oblike aktivne membrane.
»Ta zasnova nam omogoča, da oprijem 450-krat preklopimo iz vklopljenega v izklopljeno stanje v manj kot 50 ms,« pravi Bartlett. "Te lepilne elemente smo tesno integrirali z nizom mikro-LIDAR optičnih senzorjev bližine, ki zaznavajo, kako blizu je predmet."
Raziskovalci so nato povezali sesalce in LIDAR prek mikrokrmilnika za zaznavanje predmetov v realnem času in nadzor adhezije.
Rokavice s sintetičnimi sesalci in senzorji
Pod vodo se hobotnica ovija z rokami okoli predmetov in se lahko s svojimi priseski pritrdi na različne površine, vključno s skalami, gladkimi školjkami in hrapavimi školjkami. Bartlett in sodelavci so to posnemali tako, da so naredili rokavico s sintetičnimi sesalci in senzorji, tesno povezanimi skupaj. Ta naprava, imenovana Octa-glove, lahko pod vodo zazna različno oblikovane predmete. To samodejno sproži lepilo, tako da je mogoče manipulirati s predmetom.
"Z združitvijo mehkih, odzivnih lepilnih materialov z vgrajeno elektroniko lahko primemo predmete, ne da bi jih bilo treba stiskati," je dejal Bartlett. »Z njim je rokovanje z mokrimi ali podvodnimi predmeti veliko lažje in bolj naravno. Elektronika lahko hitro aktivira in sprosti oprijem. Preprosto pomaknite roko proti predmetu in rokavica bo opravila delo, da ga boste prijeli. Vse to je mogoče narediti, ne da bi uporabnik pritisnil en sam gumb.«
Te zmogljivosti, ki posnemajo napredno manipulacijo, zaznavanje in nadzor glavonožcev, bi lahko našle aplikacije na področju mehke robotike za podvodno prijemanje, aplikacije v uporabniško podprtih tehnologijah in zdravstvu ter v proizvodnji za sestavljanje in manipulacijo mokrih predmetov, pravi. Svet fizike.
Več načinov prijema
Lepilo, ki ga je navdihnila hobotnica, bi lahko celilo rane
V svojih poskusih so raziskovalci testirali več načinov prijema. Uporabili so en sam senzor za manipulacijo z občutljivimi, lahkimi predmeti in ugotovili, da lahko hitro poberejo in izpustijo ploščate predmete, kovinske igrače, jeklenke, žlico in ultra mehko hidrogelno kroglico. S ponovnim konfiguriranjem senzorjev, da je bilo aktiviranih več senzorjev, so lahko prijeli večje predmete, kot so krožnik, škatla in skleda.
Ekipa Virginia Tech poroča o svojem delu v Znanost Predplačila, pravi, da se moramo še veliko naučiti, tako o tem, kako hobotnica nadzoruje adhezijo kot manipulira s podvodnimi predmeti. "Če bomo lahko bolje razumeli naravni sistem, bo to omogočilo ustvarjanje naprednejših biološko zasnovanih sistemov," pravi Bartlett.
