Un confronto tra caratteristiche uniformi (Tipo 1), sinistra, e un gruppo di caratteristiche che mostra attrito unidirezionale (Tipo 2), Giusto, con grafici forza-spazio risultanti che mostrano le prestazioni, parte inferiore. Nello stato neutro (a), le caratteristiche di Tipo 1 sono tutte alla stessa altezza, e tutti entrano in contatto quando vengono toccati con una superficie. Applicando una forza di taglio nella direzione preferita (b, adesivo spostato in direzione della freccia) fa sì che i cunei si autoinnestino, aumentando l'area di contatto (blu), e quindi attrito e adesione. Applicando una forza di taglio nella direzione inversa (c), fa sì che i cunei si innestino sulle facce rovesce, aumentando nuovamente l'area di contatto (arancione), con conseguente attrito molto simile in entrambe le direzioni (d). Le caratteristiche di tipo 2 hanno una lunghezza del cuneo crescente sopra il lembo e una rampa alla base dei cunei, quindi c'è un singolo cuneo più alto adiacente alla scanalatura (e). L'applicazione di una forza di taglio nella direzione preferita (f) provoca la deformazione del lembo per conformarsi alla superficie, ottenendo un'ampia area di contatto (blu), ma meno attrito e adesione rispetto alle caratteristiche uniformi. Quando caricato nella direzione inversa (g), il cuneo più alto sulla punta del lembo impedisce a qualsiasi altro cuneo di entrare in contatto con la superficie, riducendo l'area di contatto (arancione), e con conseguente attrito molto inferiore nella direzione inversa (h). Credito:(c) Journal of The Royal Society Interface (2019). DOI:10.1098/rsif.2018.0705
Un team di ricercatori della Stanford University e dell'Università della California ha sviluppato un materiale microstrutturato con variazioni spaziali che causano attrito in una sola direzione. Nel loro articolo pubblicato su Journal of the Royal Society Interface , il gruppo descrive l'ispirazione per il nuovo materiale e alcuni possibili modi in cui potrebbe essere utilizzato.
Il lavoro si basa su studi precedenti sui gechi, che può attaccarsi facilmente a una lastra di vetro e quindi separarsi facilmente. Questa capacità è dovuta alle setole sulle dita dei gechi, che si aggrappano in una sola direzione:le strutture simili a capelli si curvano tutte in una sola direzione. Quando disteso, si aggrappano. Ma se si voltano, scivolano facilmente sul vetro. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno cercato di creare un materiale che replicasse questa struttura.
Il materiale che i ricercatori hanno creato è stato realizzato con un elastomero di silicone scolpito per avere cunei microscopici sulla sua superficie. Quando il materiale viene posizionato contro un'altra superficie e tirato in una direzione, i cunei vengono tirati giù verso la superficie, causando più attrito. Ma quando il materiale viene tirato nella direzione opposta, scivola. Ciò accade perché alcuni dei cunei (posizionati casualmente) sono leggermente più lunghi degli altri:quando vengono tirati nella direzione opposta, si arricciano sugli altri spicchi, spingendoli via dalla superficie, facendo scivolare il materiale. I ricercatori spiegano che i cunei posizionati casualmente sono un esempio di variazione spaziale, qualcosa che si vede abbastanza spesso in natura, ma molto raramente in materiali fabbricati.
I ricercatori notano che la variazione spaziale consente al geco di arrampicarsi sulle finestre e dona iridescenza ad alcuni insetti. È stato anche trovato in alcuni materiali naturali che mostrano idrofobicità e altri che hanno proprietà anti-resistenza. I ricercatori notano che si trova raramente nei processi di produzione perché la necessità di casualità aumenta i costi di produzione.
Per testare il loro nuovo materiale, i ricercatori hanno realizzato un robot worm che non ha bisogno di alzare i piedi. Anziché, la caratteristica di attrito unidirezionale permetteva al materiale di muoversi in una direzione con una semplice spinta verso il basso al suo centro.
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