Gekony są wręcz inspirujące. Te gady są nie tylko urocze, kolorowe i biegłe w sprzedaży ubezpieczeń samochodowych - ale ich super-lepkość od tysiącleci wprawia ludzi w zakłopotanie. Dzięki samoprzylepnym stopom i wnikliwej manipulacji wiązaniami molekularnymi gekony mogą z łatwością wspinać się po pionowych ścianach, a nawet zwisać do góry nogami z powierzchni. Teraz ich lepkie kończyny zainspirowały nowe urządzenie, które może pomóc (Ludzie? Roboty? Chciałbym rzeczownik tutaj) podnieść i upuścić rzeczy za pomocą włącznika światła.
powiązana zawartość
- Teraz osoba może wspinać się po ścianie jak gekon
- Gekony mogą kontrolować ruch włosów palców stóp
- Dlaczego gekony nie zsuwają się z mokrych liści dżungli lub sufitów hotelowych
Olbrzymie moce gekonowych stóp mistyfikowały naukowców jeszcze około 15 lat temu. Wtedy naukowcy dowiedzieli się, że zwierzęta te wykorzystały stosunkowo słabą siłę Van der Waalsa, aby przylgnąć do powierzchni i łatwo się usunąć. W przeciwieństwie do silniejszej siły magnetycznej, siła Van der Waalsa wynika z nierównowagi ładunków między różnymi cząsteczkami, tworząc luźne przyciąganie. Wykorzystując miliony maleńkich włosów na nogach - z których każdy może być zorientowany w określonym kierunku i przyciągany siłą Van der Waalsa - gekony mogą wytworzyć potężną, ale także odwracalną siłę przyczepności.
Pięć lat temu zoolog z Uniwersytetu w Kilonii, Stanislav Gorb, wykorzystał spostrzeżenia na temat włosów gekona, aby stworzyć silikonową taśmę tak mocną, że kawałek 64-calowy był w stanie z łatwością pomieścić pełnowymiarowego dorosłego zwisającego z sufitu. W przeciwieństwie do zwykłej taśmy, można ją również wielokrotnie odłączać i ponownie mocować bez utraty lepkości. Pod koniec 2015 r. Prace Gorba przyczyniły się do komercjalizacji „taśmy gekona”. Chociaż produkt ten ma jak dotąd ograniczone zastosowanie, można go znaleźć w kanadyjskich spodniach jeździeckich, aby pomóc jeźdźcom w siodle, i znalazł entuzjastycznego inwestora w założycielu PayPal, Peterze Thielu.
Ale odkrycie, co sprawiło, że stopy gekona były tak lepkie, rozwiązało tylko połowę problemu.
„Zwierzęta nie tylko przyczepiają się, ale także [odłączają się] za pomocą tych struktur adhezyjnych” - mówi dr Emre Kizilkan. student studiujący inżynierię materiałową na Uniwersytecie Kilońskim. Wszystko, co muszą zrobić gekony, to inaczej obrócić stopę, a nawet same włosy, a stopa na przykład się oderwa. Pracując pod rządami Gorba, Kizilkan chciał zastąpić ruchy mięśni używane przez gekony do kontrolowania ich lepkości jakimś „przełącznikiem”, który ludzie mogliby z łatwością wykorzystać. Jej rozwiązanie: światło.
W końcu światło jest bezpłatnym, czystym źródłem energii, które można łatwo kontrolować na odległość. Dzięki temu jest „bardzo odpowiedni do precyzyjnej mikromanipulacji”, mówi Kizilkan.
Za pomocą już dostępnej w handlu taśmy gekon Kizilkan przymocował taśmę do folii z ciekłokrystalicznych elastomerów - substancji wykonanej z łańcuchów polimerowych, które wydłużają się pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Wydłużenie pociąga włosy sztucznej taśmy gekona do pozycji, w której tracą swoją atrakcyjność. Następnie taśma odrywa się od wszystkiego, do czego się przyczepiła, zgodnie z artykułem opublikowanym w zeszłym tygodniu w czasopiśmie Science Robotics .
Po wystawieniu na działanie promieni UV struktura molekularna zastosowana w urządzeniu naukowców przekształca się, zginając taśmę gekona od przymocowanego przedmiotu. (Emre Kizilkan i Jan Strueben / Science Robotics) W filmach stworzonych przez naukowców ich „inspirowane biologią fotokontrolowalne mikrostrukturalne urządzenie transportowe” (BIPMTD) było w stanie podnieść szklane płytki, a nawet probówki i upuścić je z łatwością, gdy padło na nie światło UV.
„Ten materiał może robić dwie rzeczy razem”, mówi Kizilkan: zarówno trzymać, jak i wypuszczać. Przewiduje, że aktywowana światłem taśma gekona będzie dobrodziejstwem dla delikatnej pracy w laboratorium, produkcji przemysłowej, a być może nawet dla robotów do transportu materiałów. Jako jeden przykład można go wykorzystać do przenoszenia toksycznych chemikaliów w probówce i bezpiecznego upuszczenia ich w inne miejsce bez udziału rąk ludzkich. Lub może pozwolić komuś skalować ścianę za pomocą tylko taśmy gekona i światła. Roboty ratownicze mogą pewnego dnia wykorzystać tę technologię do wspinania się na uszkodzone budynki i ratowania ludzi.
Współpracownik Anne Staubitz, biochemik z Uniwersytetu w Bremie, ma nadzieję w przyszłości pracować nad modyfikacją BIPMTD w celu wykorzystania dłuższych, mniej szkodliwych długości fali światła i mam nadzieję, że posuną się naprzód w kierunku opracowania produktu w ciągu najbliższych kilku lat.
Badacz inżynierii Uniwersytetu Stanforda Mark Cutkosky, który nie był zaangażowany w te badania, przypomina, że widział inspirowaną gekonem przyczepność kontrolowaną przez siły magnetyczne, elektrostatyczne i inne, ale jest to pierwsze użycie światła, jakie widział. Chociaż lubi widzieć nowe osiągnięcia i potencjał, jaki przynosi, Cutkosky mówi, że chciałby zobaczyć więcej testów trwałości BIPMTD i tego, jak dobrze można go skalować do dużych sił i ciężarów, które byłyby stosowane w robotyce i produkcji.
Aaron Parness, badacz robotyki NASA Jet Propulsion Laboratory, pomógł zaprojektować technologię chwytania inspirowaną gekonem, której astronauci mogliby używać do montowania czujników i chodzenia po statku kosmicznym bez dużych uprzęży. Parness zgadza się z Cutkosky co do wyzwań, które BIPMTD musiałby pokonać.
„Dziesięć lat temu wszyscy myśleliśmy, że stworzenie materiału inspirowanego gekonem było największym wyzwaniem - i było bardzo dużym wyzwaniem - ale w ciągu ostatnich kilku lat stało się jasne, że mechanizmy, które wykorzystujemy, aby skorzystać z inspiracji gekonem właściwości materiałów są również bardzo dużym wyzwaniem ”, mówi Parness, który nie był zaangażowany w te badania. „To kolejny system, dzięki któremu możemy zrealizować wielki potencjał klejów inspirowanych gekonem”.
