受到章鱼手臂皮肤工作方式的启发，美国弗吉尼亚理工大学的研究人员开发了一种新型快速可切换粘合剂，可以牢固地粘附在水下物体上。该材料可用于机器人、医疗保健以及组装和操作潮湿物体的制造。
在水下工作的粘合剂很难制造。这是因为在干燥环境中介导粘附的氢键、范德华力和静电力在水中的效果要差得多。然而，动物世界中有许多在潮湿条件下具有强粘附力的例子：贻贝分泌特殊的粘附蛋白，形成粘性斑块以附着在潮湿的表面上；青蛙通过结构化的脚趾垫引导液体来激活毛细管力和水动力；像章鱼这样的头足类动物使用吸盘通过吸力粘附在表面上。
强力粘合
头足类抓取器特别擅长在水下抓取物体。例如，章鱼有八只长臂，上面布满吸盘，可以抓住猎物等物体。吸盘的形状像水管工柱塞的末端，可以粘附在物体上，迅速形成难以破坏的牢固粘合。 “粘附力可以快速激活和释放，”研究小组负责人解释道 迈克尔巴特利特，“章鱼通过处理来自不同化学和机械传感器的信息来控制八只手臂上的 2000 多个吸盘。”
事实上，章鱼的传感装置由使用眼睛的感光系统组成。检测流体流量、压力和接触的机械感受器；和化学感受触觉传感器。每个吸盘均独立控制以激活或释放粘合力——这是合成粘合剂中不存在的东西。
受弗吉尼亚理工大学章鱼启发的新型粘合剂由硅酮弹性体杆组成，其上覆盖有可拉伸的气动弹性体膜，以控制粘附力。茎由 3D 打印模具制成，然后浇注并固化有机硅弹性体。粘合元件连接到压力源，该压力源提供正压、中压和负压以控制活性膜的形状。
“这种设计使我们能够在不到 450 毫秒的时间内将粘附力从开启状态切换到关闭状态 50 次，”Bartlett 说道。 “我们将这些粘合元件与一系列微型激光雷达光学接近传感器紧密集成，这些传感器可以感知物体的距离。”
然后研究人员通过微控制器连接吸盘和激光雷达，以进行实时物体检测和粘附控制。
带有合成吸盘和传感器的手套
在水下，章鱼将手臂缠绕在物体上，并可以利用吸盘附着在各种表面上，包括岩石、光滑的贝壳和粗糙的藤壶。巴特利特和同事模仿了这一点，制作了一款将合成吸盘和传感器紧密集成在一起的手套。这种设备被称为八角手套，可以检测水下不同形状的物体。这会自动触发粘合剂，以便可以操纵物体。
“通过将柔软、响应灵敏的粘合材料与嵌入式电子设备相结合，我们可以在无需挤压的情况下抓住物体，”巴特利特说。 “它使得处理潮湿或水下物体变得更加容易和自然。电子器件可以快速激活并释放粘附力。只需将手移向某个物体，手套就会完成抓握的工作。这一切都可以在用户不按任何按钮的情况下完成。”
他告诉我们，这些功能模仿了头足类动物的先进操纵、传感和控制，可以在水下抓取的软机器人领域、用户辅助技术和医疗保健领域以及组装和操纵湿物体的制造领域找到应用。 物理世界.
多种抓取方式
受章鱼启发的粘合剂可以治愈伤口
在实验中，研究人员测试了几种抓握模式。他们使用单个传感器来操纵精致、轻量的物体，发现它们可以快速拾取和释放扁平物体、金属玩具、圆柱体、勺子和超软水凝胶球。然后重新配置传感器，激活多个传感器，它们就可以抓取更大的物体，如盘子、盒子和碗。
弗吉尼亚理工大学团队报告了其工作 科学进展说，关于章鱼如何控制附着力和操纵水下物体，还有很多东西需要学习。 “如果我们能够更好地理解自然系统，这将有助于创建更先进的仿生工程系统，”巴特利特说。
