Nastro di geco che si lascia andare

I piedi di geco sono stati a lungo una fonte di ispirazione per gli scienziati che si sforzavano di creare adesivi super resistenti e riutilizzabili. Ora i ricercatori della Carnegie Mellon University hanno trovato un nuovo modo per creare una presa adesiva e un rilascio come richiesto, utilizzando microstrutture angolate. Queste strutture imitano le punte dei peli che si trovano sulle dita dei gechi, che conferiscono alla lucertola la sua abilità di arrampicatore.

Potere di adesione: Queste punte angolate, di circa 40 micron di diametro, forniscono lo stesso potere di adesione controllato delle dita dei piedi di un geco.

Gli adesivi simili a gechi hanno già mostrato risultati promettenti come agenti leganti per applicazioni chirurgiche. Alcuni ricercatori ritengono che l'abilità speciale del geco potrebbe anche essere la chiave per creare robot rampicanti affidabili per missioni di ricognizione ed esplorazione dello spazio.

Le dita dei piedi di un geco hanno milioni di peli molto piccoli ammassati l'uno accanto all'altro. Alla fine di ogni capello ci sono centinaia di minuscole strutture a forma di piattino, chiamate spatole. Deboli forze di attrazione, note come forze di van der Waals, trattengono ogni spatola sulla superficie dell'oggetto su cui un geco tenta di arrampicarsi. Quando le forze di milioni di spatole lavorano insieme, creano un potente legame che consente a un geco di attaccarsi a quasi tutto, anche a testa in giù.

Nel 2006, la squadra, guidata da Metin Sitti , un assistente professore di ingegneria meccanica alla Carnegie Mellon, ha sviluppato punte piatte a forma di fungo che imitano la spatola. Le punte erano in grado di ottenere la stessa forza di adesione di un geco, ma non c'era un modo semplice per far sì che queste punte rilasciassero la presa. Il team si è poi reso conto che la chiave per controllare l'appiccicosità stava nel cambiare l'angolo della spatola. Quindi il team di Sitti ha preso le punte e le ha posizionate sopra le fibre polimeriche, inclinandole di circa 28 gradi per imitare l'angolo tra un pelo di geco e una spatola. Quando la pressione viene applicata nella direzione delle fibre angolate, l'area di contatto tra ciascuna spatola e l'oggetto aumenta, aumentando il potere di adesione. Tirare nella direzione opposta riduce l'area di contatto e fa diminuire le forze di attrazione, in modo che il nastro del geco, come lo chiama Sitti, possa essere rilasciato. L'adesivo del gruppo è stato in grado di sostenere un peso di un chilogrammo quando è stata applicata una pressione nella direzione delle fibre angolate. Un peso di 300 grammi tirato nella direzione opposta è stato sufficiente per rilasciare la presa del nastro. I ricercatori hanno dettagliato i loro risultati in un recente numero di Piccolo .

viscosità controllabile: Nella prima immagine, la fibra polimerica angolata sostiene un peso di un chilogrammo in una direzione. La seconda immagine mostra come un peso di 300 grammi che tira in un'altra direzione provoca la rottura dei legami.

L'adesivo consentirà robot rampicanti e robot a capsule più robusti ed efficienti dal punto di vista energetico, afferma Sitti, che sviluppa entrambi nel suo laboratorio.

Altri ricercatori sono stati in grado di ottenere un potere di adesione molto maggiore di quello di un geco utilizzando nanotubi di carbonio. Mentre le fibre di nanotubi più rigide possono aggrapparsi saldamente a una parete, hanno difficoltà a rimanere appese al soffitto, afferma Sitti, aggiungendo che il suo adesivo era in grado di trattenere 500 grammi dal soffitto. Un altro importante vantaggio delle fibre polimeriche utilizzate da Sitti è che sono facilmente scalabili nella produzione e convenienti, afferma.

Sitti sta ora commercializzando queste fibre polimeriche angolate per l'uso in attrezzature sportive e adesivi per la pelle attraverso la sua startup, nanoGriptech.

Il design sulla punta è interessante, afferma Liming Dai, professore di ingegneria dei materiali all'Università di Dayton, che ha utilizzato i nanotubi di carbonio per ottenere una forza 10 volte più forte dei piedi di un geco. L'unica cosa con i polimeri è che puoi facilmente realizzarlo in nanofabbricazioni per la punta. Inoltre, è economico.

Questo è chiaramente un lavoro innovativo, dice Jeffrey Karp , un bioingegnere della divisione di scienze della salute di Harvard-MIT, che ha creato un nastro medico per gechi monouso e sicuro. Sarà interessante vedere se questo processo può essere scalato per applicazioni industriali o se gli adesivi funzionano meglio in condizioni di bagnato, una delle principali limitazioni per molti degli adesivi che imitano i gechi.

Sitti dice che il suo gruppo ha intenzione di rivestire le punte a forma di fungo con materiali per farle funzionare anche in acqua. Questo potrebbe essere importante per le applicazioni mediche: potrebbe garantire che i cerotti dei farmaci, ad esempio, non scivolino via quando la pelle diventa sudata, afferma Sitti.

Restano altre sfide. Attualmente, le punte si attaccano solo per poche ore prima di rilasciare la presa. Ali Dhinojwala , un professore dell'Università di Akron che lavora anche su adesioni ispirate ai gechi, afferma che idealmente l'adesivo sarà autopulente in modo che possa essere utilizzato ancora e ancora.

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