211service.com
Gekona lente, kas ļauj aiziet
Gekona pēdas jau sen ir bijis iedvesmas avots zinātniekiem, kuri cenšas izgatavot īpaši izturīgas, atkārtoti lietojamas līmvielas. Tagad Kārnegija Melona universitātes pētnieki ir atraduši jaunu veidu, kā izveidot šādu lipīgu satvērienu un pēc vajadzības atbrīvot, izmantojot leņķiskās mikrostruktūras. Šīs struktūras atdarina uz gekonu kāju pirkstiem atrodamo matiņu galus, kas ķirzakai piešķir kāpēja varenību.
Uzlīmēšanas spēks: Šie leņķiskie uzgaļi, kuru diametrs ir aptuveni 40 mikroni, nodrošina tādu pašu kontrolētu pielipšanas spēku kā gekona kāju pirkstiem.
Gekoniem līdzīgas līmvielas jau ir izrādījušās daudzsološas kā saistviela ķirurģiskiem lietojumiem. Daži pētnieki uzskata, ka gekona īpašās spējas varētu būt arī atslēga, lai izveidotu uzticamus kāpšanas robotus izlūkošanas misijām un kosmosa izpētei.
Gekona kāju pirkstos ir miljoniem ļoti mazu matiņu, kas ir cieši saspiesti kopā. Katra mata galā ir simtiem mazu, apakštasītei līdzīgu struktūru, ko sauc par lāpstiņu. Vāji pievilkšanās spēki, kas pazīstami kā van der Vāla spēki, notur katru lāpstiņu pie objekta virsmas, uz kuras gekons mēģina uzkāpt. Kad miljoniem lāpstiņu spēki darbojas kopā, tie izveido spēcīgu saikni, kas ļauj gekonam pieķerties gandrīz jebkam — pat otrādi.
Vēl 2006. gadā komanda, kuru vadīja Metins Sitti , Carnegie Mellon mašīnbūves docents, izstrādāja plakanus, sēņu formas galus, kas atdarina lāpstiņu. Uzgaļiem izdevās panākt tādu pašu pieķeršanās spēku kā gekonam, taču nebija viegla veida, kā panākt, lai šie uzgaļi atbrīvotu satvērienu. Vēlāk komanda saprata, ka lipīguma kontroles atslēga ir lāpstiņas leņķa maiņa. Tāpēc Sitti komanda paņēma uzgaļus un novietoja tos virs polimēra šķiedrām, noliekot tos aptuveni 28 grādu leņķī, lai atdarinātu leņķi starp gekona matu un lāpstiņu. Pieliekot spiedienu leņķisko šķiedru virzienā, kontakta laukums starp katru lāpstiņu un objektu palielinās, palielinot pielipšanas spēku. Vilkšana pretējā virzienā samazina kontakta laukumu un samazina pievilkšanas spēkus, lai gekona lente, kā to sauc Sitti, varētu tikt atbrīvota. Grupas līme spēja noturēt viena kilograma svaru, kad tika izdarīts spiediens leņķisko šķiedru virzienā. Pietika ar 300 gramu smagumu, kas vilka pretējā virzienā, lai atbrīvotu lentes satvērienu. Pētnieki aprakstīja savus rezultātus nesenā izdevumā Mazs .
Kontrolējama lipīgums: Pirmajā attēlā leņķiskā polimēra šķiedra vienā virzienā notur viena kilograma svaru. Otrajā attēlā redzams, kā 300 gramu smagums, velkot citā virzienā, izraisa saišu pārrāvumu.
Līme nodrošinās izturīgākus un energoefektīvākus kāpšanas robotus un kapsulas robotus, saka Sitti, kurš abus izstrādā savā laboratorijā.
Citi pētnieki, izmantojot oglekļa nanocaurules, ir spējuši sasniegt daudz lielāku pieķeršanās spēku nekā gekonam. Lai gan stingrākas nanocaurules šķiedras var stingri turēties pie sienas, tām ir grūtāk karāties no griestiem, saka Sitti, piebilstot, ka viņa līme spēj noturēt 500 gramus no griestiem. Vēl viena liela Sitti izmantoto polimēru šķiedru priekšrocība ir tā, ka tās ir viegli mērogojamas ražošanā un rentablas, viņš saka.
Sitti tagad komercializē šīs leņķiskās polimēru šķiedras izmantošanai sporta ekipējumā un ādas līmes, izmantojot savu starta uzņēmumu nanoGriptech.
Uzgaļa dizains ir interesants, saka Liming Dai, materiālu inženierijas profesors Deitonas Universitātē, kurš izmantoja oglekļa nanocaurules, lai panāktu spēku, kas ir 10 reizes spēcīgāks par gekona pēdām. Viena lieta ar polimēriem ir tāda, ka to var viegli izgatavot nanofabrikātos uzgali. Turklāt tas ir lēts.
Tas nepārprotami ir novatorisks darbs, saka Džefrijs Karps , Hārvarda-MIT Veselības zinātņu nodaļas bioinženieris, kurš izveidoja vienreiz lietojamu, drošu medicīnisko gekonu lenti. Būs interesanti redzēt, vai šo procesu var pielāgot rūpnieciskiem lietojumiem, vai arī līmvielas darbojas labāk mitros apstākļos – tas ir būtisks ierobežojums daudzām gekonu atdarinošajām līmēm.
Sitti stāsta, ka viņa grupa plāno sēnes formas uzgaļus pārklāt ar materiāliem, lai tie darbotos arī ūdenī. Tas varētu būt svarīgi medicīniskiem nolūkiem: tas varētu nodrošināt, ka, piemēram, zāļu plāksteri neslīd, kad āda kļūst svīstoša, saka Sitti.
Citi izaicinājumi paliek. Pašlaik uzgaļi turas tikai dažas stundas, pirms atlaiž to satvērienu. Ali Dhinojvala , Akronas universitātes profesors, kurš arī strādā pie gekonu iedvesmotām salīmēm, saka, ka ideālā gadījumā līmviela būs pašattīroša, lai to varētu izmantot atkal un atkal.