¿Por qué el gecko subió al rascacielos? Porque podía; sus dedos se quedan pegados a cualquier cosa. Durante algunos años, los ingenieros han conocido los secretos de la pegajosidad del gecko y lo han emulado en tiras de materiales gomosos útiles para recoger y liberar objetos,pero la producción en masa simple para el uso diario ha estado fuera del alcance hasta ahora.
Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han desarrollado, en un nuevo estudio, un método para fabricar materiales adhesivos inspirados en gecos que es mucho más rentable que los métodos actuales. Podría permitir la producción en masa y la difusión de las tiras de agarre versátilesa fabricación y hogares.
Los polímeros con superficies de "adhesión de gecko" podrían usarse para hacer pinzas extremadamente versátiles para recoger objetos muy diferentes incluso en la misma línea de montaje. Podrían facilitar la colocación de cuadros al adherirse tanto a la imagen como a la pared al mismo tiempo.Los robots de aspiradora con adhesión de gecko podrían algún día levantar edificios altos para limpiar fachadas.
"Con la excepción de cosas como el teflón, se adherirá a cualquier cosa. Esta es una clara ventaja en la fabricación porque no tenemos que preparar la pinza para superficies específicas que queremos levantar. Los adhesivos inspirados en Gecko pueden levantar objetos planoscomo cajas, luego se dan la vuelta y levantan objetos curvos como huevos y vegetales ", dijo Michael Varenberg, investigador principal del estudio y profesor asistente en la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff de Georgia Tech.
Las pinzas actuales en las líneas de ensamblaje, como abrazaderas, imanes y ventosas, pueden levantar gamas limitadas de objetos. Las pinzas basadas en superficies inspiradas en gecko, que están secas y no contienen pegamento ni sustancia pegajosa, podrían reemplazar muchas pinzas o simplementellenar los vacíos de capacidad que dejan otros mecanismos de agarre.
Sacando navajas
La adhesión proviene de protuberancias de unos pocos cientos de micras de tamaño que a menudo parecen secciones de paredes cortas y flexibles que corren paralelas entre sí a través de la superficie del material. A continuación se explica cómo funcionan imitando las patas de los geckos.
Hasta ahora, el moldeo ha producido estas paredes de mesoescala vertiendo ingredientes sobre una plantilla, dejando que la mezcla reaccione y se convierta en un polímero flexible y luego se retire del molde. Pero el método es inconveniente.
"Las técnicas de moldeo son procesos costosos y que requieren mucho tiempo. Y existen problemas para que el material gecko se libere de la plantilla, lo que puede alterar la calidad de la superficie de fijación", dijo Varenberg.
El nuevo método de los investigadores formó esas paredes vertiendo ingredientes sobre una superficie lisa en lugar de un molde, dejando que el polímero fraguara parcialmente y luego sumergiera en él hileras de cuchillas de afeitar de laboratorio. El material se colocó un poco más alrededor de las cuchillas, que luego fueronextendido, dejando hendiduras a escala de micras rodeadas por las paredes deseadas.
Varenberg y el primer autor Jae-Kang Kim publicaron detalles de su nuevo método en la revista Materiales aplicados e interfaces ACS el 6 de abril de 2020.
Olvídate de la perfección
Aunque el nuevo método es más fácil que el moldeo, desarrollarlo requirió un año de inmersión, dibujo y reajuste mientras se inspeccionan detalles delicados bajo un microscopio electrónico.
"Hay muchos parámetros para controlar: viscosidad y temperatura del líquido; tiempo, velocidad y distancia de extracción de las cuchillas. Necesitábamos suficiente plasticidad del polímero de fraguado para las cuchillas para estirar las paredes, y no tanta rigidezeso llevaría a las paredes a romperse ", dijo Varenberg.
Las superficies inspiradas en Gecko tienen una topografía fina en una escala de micras y, a veces, incluso en una nanoescala, y las superficies hechas a través del moldeo son generalmente las más precisas. Pero tal perfección es innecesaria; los materiales hechos con el nuevo método hicieron el trabajo bieny también fueron notablemente robustos.
"Muchos investigadores que demuestran la adhesión de gecko tienen que hacerlo en una sala limpia con equipo limpio. Nuestro sistema simplemente funciona en entornos normales. Es robusto y simple, y creo que tiene un buen potencial para su uso en la industria y los hogares", dijoVarenberg, que estudia superficies en la naturaleza para imitar sus cualidades ventajosas en materiales hechos por el hombre.
pelusa del pie Gecko
He aquí el pie del gecko. Tiene crestas en los dedos de los pies, y esto ha llevado a algunos en el pasado a pensar que sus pies se pegan por succión o algún tipo de agarre por la piel.
Pero los microscopios electrónicos revelan una estructura más profunda: las fibrillas cerdas en forma de espátula sobresalen unas pocas docenas de micras de esas crestas. Las fibrillas hacen un contacto tan completo con las superficies hasta la nanoescala que las atracciones débiles entre los átomos en ambos lados parecen sumarseenormemente para crear una fuerte adhesión general.
En lugar de pelusa, los ingenieros han desarrollado hileras de formas que cubren los materiales que producen el efecto. Una forma común hace que la superficie de un material se vea como un campo de hongos de unos cientos de micras de tamaño; otro son hileras de paredes cortas como esasen este estudio.
"Los patrones de hongos tocan una superficie y se unen de inmediato, pero la separación requiere la aplicación de fuerzas que pueden ser desventajosas. Las proyecciones en forma de pared requieren una fuerza cortante menor como un tirón o un agarre suave para generar adherencia, pero eso es fácily soltar el objeto tampoco es complicado ", dijo Varenberg.
El equipo de investigación de Varenberg utilizó el método de dibujo para hacer paredes con espacios en forma de U entre ellas y paredes con espacios en forma de V en el medio. Trabajaron con polivinilsiloxano PVS y poliuretano PU. La forma de V hecha en PVSfuncionó mejor, pero el poliuretano es el mejor material para la industria, por lo que el grupo de Vanenberg ahora trabajará para lograr el patrón de agarre de gecko en forma de V en PU para la mejor combinación posible.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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