Uno studio presso il Georgia Institute of Technology ha esaminato le caratteristiche della tecnologia di adesione del geco. Credito:Rob Felt, Georgia Tech
Un geco che si arrampica su un muro o sul soffitto ha a lungo affascinato gli scienziati e li ha incoraggiati a indagare su come sfruttare la misteriosa capacità della lucertola di sfidare la gravità.
Mentre negli ultimi anni sono emersi dispositivi creati dall'uomo ispirati ai piedi di geco, consentendo a chi lo indossa di scalare lentamente una parete di vetro, le possibili applicazioni della tecnologia di adesione del geco vanno ben oltre le buffonate di Spiderman.
Un ricercatore del Georgia Institute of Technology sta studiando come la tecnologia potrebbe essere applicata in un ambiente industriale di alta precisione, come nei bracci robotici utilizzati nella produzione di chip per computer.
"Ci sono molti modi in cui l'adesione del geco potrebbe essere utilizzata in un ambiente industriale, soprattutto nella manipolazione di materiali delicati come i wafer di silicio utilizzati nella produzione di processori per computer, " ha detto Michael Varenberg, un assistente professore presso la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering della Georgia Tech.
Ma prima che i bracci robotici e altri dispositivi possano implementare la tecnologia di adesione del geco, i ricercatori hanno bisogno di maggiori informazioni sulle caratteristiche meccaniche e fisiche delle superfici adesive create dall'uomo.
In uno studio pubblicato il 13 dicembre in Journal of the Royal Society Interface , Varenberg ha esaminato un particolare tipo di superficie adesiva ispirata al geco e ha ristretto una gamma di angoli in cui il materiale si attaccherà più forte e rilascerà la presa più facilmente.
Immagine microscopica che mostra le pareti formate per imitare le caratteristiche di adesione dei piedi di geco. Credito:Georgia Tech
Il geco ottiene la sua capacità unica attraverso l'uso di minuscoli peli che interagiscono con le superfici a livello intermolecolare. È un processo uno-due durante il quale i minuscoli peli simili a pellicole vengono premuti sulla superficie e impegnati con un'azione di taglio. Quindi si attaccano alla superficie o si rilasciano facilmente quando vengono tirati via in direzioni diverse.
Affinché tale processo venga replicato in una fabbrica utilizzando la tecnologia adesiva artificiale, i ricercatori devono determinare gli angoli precisi ai quali applicare un carico per ottenere o rilasciare la presa tra il braccio robotico e il wafer di silicio.
Il team di Varenberg ha testato una superficie di microstruttura a forma di parete modellata in polivinilsilossano e progettata per imitare la capacità di attaccamento del geco. I loro test hanno mostrato che l'angolo di attacco ottimale varia tra 60 e 90 gradi, mentre la microstruttura si stacca a forza zero quando l'angolo di estrazione raggiunge i 140-160 gradi.
"Quella gamma relativamente ampia per controllare l'attacco e il distacco per queste microstrutture a forma di parete renderà più facile costruire un processo meccanico attorno a quella tolleranza, " ha detto Varenberg.
Ciò potrebbe essere promettente per sostituire un metodo corrente utilizzato durante l'elaborazione e l'ispezione dei wafer di silicio nella produzione di processori per computer. I bracci robotici utilizzano mandrini in ceramica che utilizzano pinze a vuoto o elettrostatiche per raccogliere e movimentare i wafer. Subito dopo l'installazione, i perni di contatto in ceramica iniziano a consumarsi a causa del caricamento ciclico e rilasciano particelle che possono potenzialmente contaminare il retro del wafer portando a difetti di litografia sul lato anteriore.
Michael Varenberg, un assistente professore presso la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering della Georgia Tech. Credito:Rob Felt, Georgia Tech
"Questa realtà non è coerente con gli standard di pulizia richiesti nell'industria dei semiconduttori, "Ha detto Varenberg. "Utilizzare microstrutture di adesione di geco invece sarebbe meglio perché non generano alcun danno ai wafer e non si consumano nel tempo".
I prossimi passi nella ricerca includono la semplificazione della tecnica di produzione, lavorare con materiali di livello industriale e studiare gli effetti dell'ambiente e dei parametri della geometria della superficie, ha detto Varenberg.