Гекконы прямо вдохновляют. Эти рептилии не только милы, красочны и искусны в страховании автомобилей, но и их супер-липкость сбивала с толку людей на протяжении тысячелетий. Благодаря клеевым ножкам и острому манипулированию молекулярными связями, гекконы могут легко взбираться на вертикальные стены и даже свисать с поверхности. Теперь их липкие конечности вдохновили новое устройство, которое могло бы помочь (Люди? Роботы? Хотели бы здесь существительное) подбирать и бросать вещи с помощью переключателя света.
Связанный контент
- Теперь человек может взобраться на стену, как геккон
- Гекконы могут контролировать движение своих волос
- Почему гекконы не соскальзывают с мокрых листьев джунглей или потолков отеля
Потрясающие способности ног геккона мистифицировали ученых примерно 15 лет назад. Именно тогда исследователи узнали, что эти животные использовали относительно слабую силу Ван-дер-Ваальса, чтобы прикрепиться к поверхности и легко удалить себя. В отличие от более сильной магнитной силы, сила Ван-дер-Ваальса является результатом дисбаланса в зарядах между различными молекулами, создавая слабое притяжение. Используя миллионы крошечных волосков на своих ногах, каждый из которых может ориентироваться в определенном направлении и притягиваться силой Ван-дер-Ваальса, гекконы могут создавать мощную, но также обратимую силу сцепления.
Пять лет назад зоолог из Кильского университета Станислав Горб использовал информацию о волосах геккона, чтобы создать силиконовую ленту, настолько прочную, чтобы ее кусок размером 64 квадратных дюйма мог легко удерживать взрослого взрослого человека, свисающего с потолка. В отличие от обычной ленты, она также может быть отсоединена и повторно прикреплена несколько раз, не теряя своей липкости. В конце 2015 года работа Горба помогла привести к коммерциализации «ленты геккона». Хотя продукт до сих пор находил ограниченное применение, его можно найти в бренде канадских штанов для верховой езды, чтобы помочь гонщикам оставаться в седлах, и он нашел восторженного инвестора в основателя PayPal Питера Тиля.
Но выяснение того, что делает гекконовые лапки такими липкими, решило только половину проблемы.
«Животные не только прикрепляются, но и отделяются с помощью этих клеящих структур», - говорит доктор философии Эмре Кизилкан. студент изучает материаловедение в Кильском университете. Все, что нужно сделать гекконам - это по-разному наклонить ногу или даже просто волосы, и, например, нога оторвется. Работая под руководством Горба, Кызылкан хотел заменить мускулистые движения, используемые гекконами для контроля своей липкости, своего рода «переключателем», который люди могли легко использовать. Ее решение: свет.
В конце концов, свет - это бесплатный, чистый источник энергии, которым легко управлять на расстоянии. Это делает его «очень подходящим для точной микроманипуляции», говорит Кизилкан.
Используя уже имеющуюся в продаже ленту геккона, Кызылкан прикрепил ленту к пленке жидкокристаллических эластомеров - вещества, состоящего из полимерных цепочек, которые удлиняются при воздействии ультрафиолетового света. Удлинение вытягивает искусственные волосы геккона в положение, когда они теряют свою привлекательность. Лента затем отделяется от того, к чему она приклеилась, согласно статье, опубликованной на прошлой неделе в журнале Science Robotics .
При воздействии ультрафиолетового света молекулярная структура, используемая в устройстве исследователя, изменяется, изгибая ленту геккона от прикрепленного предмета. (Эмре Кызылкан и Ян Струбен / Science Robotics) В видео, созданных исследователями, их «фотоуправляемое микроструктурированное транспортное устройство с биоинспирацией» (BIPMTD) могло собирать стеклянные пластины и даже пробирки и легко их бросать после попадания на них ультрафиолетового излучения.
«Этот материал может делать две вещи вместе», - говорит Кизилкан: и придерживаться, и выпускать. Он полагает, что активированная светом лента геккона является благом для деликатных лабораторных работ, промышленного производства и, возможно, даже для роботов для транспортировки материалов. В качестве одного из примеров, он может быть использован для перевозки токсичных химикатов в пробирке и их безопасного сбрасывания в другом месте без участия человека. Или это может позволить кому-то масштабировать стену только с помощью гекконовой ленты и света. Однажды спасательные роботы могут использовать эту технологию, чтобы забраться в поврежденные здания и спасти людей.
Коллаборатор Энн Штаубиц, биохимик из Университета Бремена, надеется в будущем поработать над модификацией BIPMTD, чтобы использовать более длинные, менее разрушительные волны света, и, надеюсь, продвинуться вперед в разработке продукта в ближайшие несколько лет.
Исследователь из Стэнфордского университета Марк Куткоски, который не принимал участия в этом исследовании, вспоминает, как наблюдал адгезию в духе геккона, контролируемую магнитными, электростатическими и другими силами, но это первое использование света, которое он видел. Хотя он любит видеть новую разработку и потенциал, который она несет, Куткоски говорит, что хотел бы увидеть больше тестов на долговечность BIPMTD и насколько хорошо он может масштабироваться до больших сил и весов, которые будут использоваться в робототехнике и производстве.
Аарон Парнесс (Aaron Parness), исследователь робототехники Лаборатории реактивного движения НАСА, помог разработать технологию захвата, основанную на гекконах, которую астронавты могли бы использовать для установки датчиков и перемещения по космическому кораблю без громоздких ремней безопасности. Парнесс согласен с Куткоски в отношении проблем, которые BIPMTD необходимо будет преодолеть.
«Десять лет назад мы все думали, что создание материала, вдохновленного гекконами, было самой большой проблемой - и это было очень большой проблемой - но в последние несколько лет стало ясно, что механизмы, которые мы используем, чтобы воспользоваться преимуществами вдохновленных гекконом Свойства материалов также являются очень большой проблемой », - говорит Парнесс, который не принимал участия в этом исследовании. «Это еще одна система, с помощью которой мы можем реализовать огромный потенциал адгезивов, вдохновленных гекконами».
