Lấy cảm hứng từ cách hoạt động của lớp da trên cánh tay bạch tuộc, các nhà nghiên cứu tại Virginia Tech ở Mỹ đã phát triển một loại keo dán mới có thể chuyển đổi nhanh chóng, dính chặt vào các vật thể dưới nước. Vật liệu này có thể được sử dụng trong chế tạo robot, chăm sóc sức khỏe và sản xuất để lắp ráp và chế tác các vật thể ướt.
Chất kết dính hoạt động dưới nước rất khó chế tạo. Điều này là do các liên kết hydro và van der Waals và lực tĩnh điện làm trung gian kết dính trong môi trường khô kém hiệu quả hơn nhiều trong nước. Tuy nhiên, thế giới động vật chứa đựng rất nhiều ví dụ về khả năng kết dính mạnh mẽ trong điều kiện ẩm ướt: trai tiết ra các protein kết dính đặc biệt, tạo ra một mảng bám dính để bám vào bề mặt ẩm ướt; ếch dẫn chất lỏng thông qua các miếng đệm ngón chân có cấu trúc để kích hoạt các lực mao dẫn và thủy động lực học; và các loài động vật chân đầu như bạch tuộc sử dụng các giác hút để bám vào các bề mặt thông qua lực hút.
Liên kết kết dính mạnh mẽ
Cephalopod Grippers đặc biệt giỏi trong việc giữ đồ vật dưới nước. Ví dụ, Octopi có tám cánh tay dài được bao phủ bởi các mút có thể ngoạm vào các vật thể như con mồi. Có hình dạng giống như phần cuối của một chiếc pít-tông của thợ sửa ống nước, các đầu mút dính chặt vào một vật thể, nhanh chóng tạo ra một liên kết kết dính bền chắc khó bị phá vỡ. Trưởng nhóm nghiên cứu giải thích: “Sự kết dính có thể nhanh chóng được kích hoạt và giải phóng. Michael Bartlett, "Và con bạch tuộc điều khiển hơn 2000 bộ hút trên tám cánh tay bằng cách xử lý thông tin từ các cảm biến cơ học và hóa học đa dạng."
Thật vậy, bộ máy cảm nhận của bạch tuộc bao gồm một hệ thống cảm thụ ánh sáng sử dụng mắt của nó; bộ cảm biến cơ học phát hiện dòng chảy, áp suất và sự tiếp xúc của chất lỏng; và cảm biến xúc giác nhận biết hóa học. Mỗi miếng mút được kiểm soát độc lập để kích hoạt hoặc giải phóng độ bám dính - điều không tồn tại trong chất kết dính tổng hợp.
Chất kết dính lấy cảm hứng từ bạch tuộc Virginia Tech mới bao gồm một thân cây đàn hồi silicone được bao phủ bởi một màng đàn hồi có thể co giãn được hoạt động bằng khí nén để kiểm soát độ bám dính. Thân cây được làm bằng khuôn in 3D và chất đàn hồi silicone sau đó được đúc và đóng rắn. Phần tử kết dính được kết nối với nguồn áp suất cung cấp áp suất dương, trung tính và âm để kiểm soát hình dạng của màng hoạt động.
Bartlett nói: “Thiết kế này cho phép chúng tôi chuyển đổi độ bám dính 450 lần từ trạng thái bật sang trạng thái tắt trong vòng chưa đầy 50 mili giây. “Chúng tôi đã tích hợp chặt chẽ các phần tử kết dính này với một loạt các cảm biến tiệm cận quang học micro-LIDAR giúp cảm nhận mức độ gần của một vật thể”.
Sau đó, các nhà nghiên cứu đã kết nối bộ hút và LIDAR thông qua một bộ vi điều khiển để phát hiện đối tượng theo thời gian thực và kiểm soát độ bám dính.
Găng tay có mút tổng hợp và cảm biến
Dưới nước, bạch tuộc xoay cánh tay xung quanh các vật thể và có thể bám vào nhiều bề mặt khác nhau, bao gồm đá, vỏ nhẵn và các thanh thô bằng cách sử dụng các mút của nó. Bartlett và các đồng nghiệp đã bắt chước điều này bằng cách chế tạo một chiếc găng tay với các mút tổng hợp và các cảm biến được tích hợp chặt chẽ với nhau. Thiết bị này, được đặt tên là găng tay Octa, có thể phát hiện các vật thể có hình dạng khác nhau dưới nước. Điều này sẽ tự động kích hoạt chất kết dính để vật thể có thể được thao tác.
Bartlett nói: “Bằng cách kết hợp các vật liệu kết dính mềm, nhạy với các thiết bị điện tử nhúng, chúng ta có thể nắm bắt các vật thể mà không cần phải bóp. “Nó làm cho việc xử lý các vật thể ướt hoặc dưới nước dễ dàng và tự nhiên hơn nhiều. Các thiết bị điện tử có thể kích hoạt và giải phóng độ bám dính một cách nhanh chóng. Chỉ cần di chuyển bàn tay của bạn về phía một vật thể và chiếc găng tay sẽ thực hiện công việc nắm bắt. Tất cả đều có thể được thực hiện mà người dùng không cần nhấn một nút nào cả ”.
Những khả năng này, mô phỏng thao tác, cảm biến và điều khiển tiên tiến của động vật chân đầu, có thể tìm thấy các ứng dụng trong lĩnh vực robot mềm để nắm bắt dưới nước, ứng dụng trong công nghệ và chăm sóc sức khỏe do người dùng hỗ trợ, và trong sản xuất để lắp ráp và thao tác các vật thể ướt, ông nói. Thế giới vật lý.
Một số chế độ hấp dẫn
Chất kết dính lấy cảm hứng từ bạch tuộc có thể chữa lành vết thương
Trong các thí nghiệm của mình, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm một số chế độ cầm nắm. Họ sử dụng một cảm biến duy nhất để điều khiển các vật thể nhẹ, mỏng manh và nhận thấy rằng họ có thể nhanh chóng nhặt và thả các vật thể phẳng, đồ chơi kim loại, hình trụ, thìa và một quả bóng hydrogel siêu mềm. Sau đó, cấu hình lại các cảm biến để kích hoạt nhiều cảm biến, chúng có thể kẹp các vật thể lớn hơn như đĩa, hộp và bát.
Nhóm Công nghệ Virginia, báo cáo công việc của mình trong Những tiến bộ khoa học, nói rằng vẫn còn nhiều điều để tìm hiểu, cả về cách bạch tuộc kiểm soát độ bám dính và điều khiển các vật thể dưới nước. Bartlett nói: “Nếu chúng ta có thể hiểu rõ hơn về hệ thống tự nhiên, điều này sẽ cho phép tạo ra các hệ thống được thiết kế, lấy cảm hứng từ sinh học tiên tiến hơn”.
