นักวิจัยจาก Virginia Tech ในสหรัฐอเมริกาได้รับแรงบันดาลใจจากวิธีการทำงานของผิวหนังบนแขนปลาหมึกยักษ์ ได้พัฒนากาวใหม่ที่เปลี่ยนได้อย่างรวดเร็วซึ่งเกาะติดกับวัตถุใต้น้ำได้อย่างแน่นหนา วัสดุนี้สามารถนำไปใช้ในวิทยาการหุ่นยนต์ การดูแลสุขภาพ และในการผลิตสำหรับการประกอบและการจัดการวัตถุที่เปียก
กาวที่ทำงานใต้น้ำทำได้ยาก เนื่องจากพันธะไฮโดรเจนและแวนเดอร์วาลส์และแรงไฟฟ้าสถิตที่เป็นสื่อกลางในการยึดเกาะในสภาพแวดล้อมที่แห้งจะมีประสิทธิภาพน้อยกว่ามากในน้ำ อย่างไรก็ตาม สัตว์โลกมีตัวอย่างมากมายของการยึดเกาะที่แข็งแกร่งในสภาพชื้น: หอยแมลงภู่จะหลั่งโปรตีนกาวพิเศษ สร้างแผ่นโลหะเหนียวเพื่อยึดติดกับพื้นผิวที่เปียก กบไหลผ่านแผ่นรองนิ้วเท้าที่มีโครงสร้างเพื่อกระตุ้นแรงของเส้นเลือดฝอยและอุทกพลศาสตร์ และปลาหมึกเช่นปลาหมึกใช้เครื่องดูดเพื่อยึดติดกับพื้นผิวผ่านการดูด
กาวติดแน่น
กริปเปอร์แบบหัวเซฟาโลพอดสามารถจับสิ่งของใต้น้ำได้ดีเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น Octopi มีแขนยาวแปดตัวปกคลุมด้วยหน่อที่สามารถจับวัตถุเช่นเหยื่อได้ รูปร่างเหมือนปลายลูกสูบของช่างประปา ตัวดูดยึดติดกับวัตถุ ทำให้เกิดการยึดติดที่แน่นหนาอย่างรวดเร็วซึ่งยากต่อการทำลาย “การยึดเกาะสามารถเปิดใช้งานและปล่อยได้อย่างรวดเร็ว” หัวหน้าทีมศึกษาอธิบาย ไมเคิล บาร์ตเล็ต“และปลาหมึกยักษ์ควบคุมตัวดูดกว่า 2000 ตัวทั่วทั้งแปดแขนโดยการประมวลผลข้อมูลจากเซ็นเซอร์ทางเคมีและทางกลที่หลากหลาย”
อันที่จริง อุปกรณ์ตรวจจับของปลาหมึกประกอบด้วยระบบรับแสงที่ใช้ดวงตาของมัน ตัวรับกลไกที่ตรวจจับการไหลของของไหล ความดัน และการสัมผัส และเซ็นเซอร์สัมผัสเคมี ตัวดูดแต่ละตัวถูกควบคุมโดยอิสระเพื่อกระตุ้นหรือปลดปล่อยการยึดเกาะ ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่มีอยู่ในกาวสังเคราะห์
กาวใหม่ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากปลาหมึกยักษ์ Virginia Tech ประกอบด้วยก้านซิลิโคนอีลาสโตเมอร์ที่หุ้มด้วยเมมเบรนอีลาสโตเมอร์ที่ยืดหยุ่นได้ซึ่งกระตุ้นด้วยลมเพื่อควบคุมการยึดเกาะ ก้านทำจากแม่พิมพ์การพิมพ์ 3 มิติ จากนั้นจึงหล่อและบ่มซิลิโคนอีลาสโตเมอร์ ส่วนประกอบกาวเชื่อมต่อกับแหล่งแรงดันที่ให้แรงดันบวก เป็นกลาง และลบ เพื่อควบคุมรูปร่างของเมมเบรนที่ทำงานอยู่
“การออกแบบนี้ช่วยให้เราเปลี่ยนการยึดเกาะ 450 ครั้งจากสถานะเปิดเป็นปิดในเวลาน้อยกว่า 50 มิลลิวินาที” บาร์ตเล็ตกล่าว "เราผสานองค์ประกอบกาวเหล่านี้เข้ากับอาร์เรย์ของเซนเซอร์จับความใกล้เคียงแบบออปติคัล micro-LIDAR ที่ตรวจจับได้ว่าวัตถุอยู่ใกล้แค่ไหน"
จากนั้นนักวิจัยได้เชื่อมต่อเครื่องดูดและ LIDAR ผ่านไมโครคอนโทรลเลอร์สำหรับการตรวจจับวัตถุแบบเรียลไทม์และการควบคุมการยึดเกาะ
ถุงมือพร้อมหัวดูดและเซ็นเซอร์สังเคราะห์
ใต้น้ำ ปลาหมึกยักษ์หมุนแขนรอบวัตถุและสามารถยึดติดกับพื้นผิวที่หลากหลาย รวมทั้งหิน เปลือกเรียบ และเพรียงที่ขรุขระโดยใช้เครื่องดูด Bartlett และเพื่อนร่วมงานเลียนแบบสิ่งนี้โดยทำถุงมือที่มีตัวดูดและเซ็นเซอร์สังเคราะห์ที่ผสานเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนา อุปกรณ์นี้มีชื่อว่า Octa-glove สามารถตรวจจับวัตถุที่มีรูปร่างแตกต่างกันใต้น้ำได้ สิ่งนี้จะกระตุ้นกาวโดยอัตโนมัติเพื่อให้สามารถจัดการวัตถุได้
บาร์ตเลตต์กล่าวว่า "การรวมวัสดุกาวที่อ่อนนุ่มและตอบสนองได้ดีเข้ากับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบฝัง ทำให้เราสามารถจับวัตถุได้โดยไม่ต้องบีบ" “มันทำให้การจัดการวัตถุที่เปียกหรือใต้น้ำง่ายขึ้นและเป็นธรรมชาติมากขึ้น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถกระตุ้นและปล่อยการยึดเกาะได้อย่างรวดเร็ว เพียงแค่ขยับมือเข้าหาวัตถุ แล้วถุงมือก็ทำหน้าที่จับ สามารถทำได้โดยที่ผู้ใช้ไม่ต้องกดปุ่มเดียว”
ความสามารถเหล่านี้ ซึ่งเลียนแบบการยักย้ายถ่ายเท การตรวจจับ และการควบคุมเซฟาโลพอดขั้นสูง สามารถค้นหาการใช้งานในด้านหุ่นยนต์อ่อนสำหรับการยึดเกาะใต้น้ำ การใช้งานในเทคโนโลยีที่ผู้ใช้ช่วยเหลือและการดูแลสุขภาพ และในการผลิตสำหรับการประกอบและการจัดการวัตถุเปียก เขากล่าว โลกฟิสิกส์.
โหมดจับหลายแบบ
กาวที่ได้แรงบันดาลใจจากปลาหมึกสามารถรักษาบาดแผลได้
ในการทดลอง นักวิจัยได้ทดสอบโหมดการยึดจับหลายโหมด พวกเขาใช้เซ็นเซอร์ตัวเดียวเพื่อจัดการกับวัตถุที่ละเอียดอ่อนและน้ำหนักเบา และพบว่าพวกเขาสามารถหยิบและปล่อยวัตถุที่แบนราบ ของเล่นที่เป็นโลหะ กระบอกสูบ ช้อน และลูกบอลไฮโดรเจลที่นิ่มมากได้อย่างรวดเร็ว จากนั้นกำหนดค่าเซ็นเซอร์ใหม่เพื่อให้เซ็นเซอร์หลายตัวเปิดใช้งาน พวกเขาสามารถจับวัตถุขนาดใหญ่ เช่น จาน กล่อง และชามได้
ทีมงาน Virginia Tech รายงานการทำงานใน วิทยาศาสตร์ก้าวหน้ากล่าวว่ายังมีอีกมากที่ต้องเรียนรู้ ทั้งเกี่ยวกับวิธีที่ปลาหมึกควบคุมการยึดเกาะและจัดการกับวัตถุใต้น้ำ “ถ้าเราสามารถเข้าใจระบบธรรมชาติได้ดีขึ้น สิ่งนี้จะช่วยให้สามารถสร้างระบบที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพขั้นสูงขึ้น” บาร์ตเล็ตต์กล่าว
