Perché il geco è salito sul grattacielo? Perché potrebbe; le sue dita si attaccano a qualsiasi cosa. Per un po 'di anni, gli ingegneri hanno conosciuto i segreti della viscosità del geco e l'hanno emulata in strisce di materiali gommosi utili per raccogliere e rilasciare oggetti, ma la semplice produzione di massa per l'uso quotidiano è stata finora fuori portata.

I ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno sviluppato, in un nuovo studio, un metodo per realizzare materiali adesivi ispirati ai gechi che è molto più conveniente rispetto ai metodi attuali. Potrebbe consentire la produzione di massa e la diffusione delle strisce di presa versatili nella produzione e nelle case.

I polimeri con superfici ad "adesione geco" potrebbero essere utilizzati per realizzare pinze estremamente versatili per prelevare oggetti molto diversi anche sulla stessa linea di montaggio. Potrebbero rendere facile appendere le immagini aderendo sia all'immagine che al muro allo stesso tempo. I robot aspirapolvere con l'adesione del geco potrebbero un giorno sollevare edifici alti per pulire le facciate.

"Ad eccezione di cose come il teflon, aderirà a qualsiasi cosa. Questo è un chiaro vantaggio nella produzione perché non dobbiamo preparare la pinza per superfici specifiche che vogliamo sollevare. Gli adesivi ispirati ai gechi possono sollevare oggetti piatti come scatole, quindi girarsi e sollevare oggetti curvi come uova e verdure, " ha detto Michael Varenberg, ricercatore principale dello studio e assistente professore presso la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering della Georgia Tech.

Pinze attuali su linee di montaggio, come morsetti, magneti, e ventose, ciascuno può sollevare una gamma limitata di oggetti. Gripper a base di superfici ispirate ai gechi, che sono asciutti e non contengono colla o appiccicoso, potrebbe sostituire molte pinze o semplicemente riempire le lacune di capacità lasciate da altri meccanismi di presa.

Tirare fuori i rasoi

L'adesione proviene da sporgenze di qualche centinaio di micron che spesso si presentano come sezioni di brevi, pareti flosce che corrono parallele l'una all'altra sulla superficie del materiale. Di seguito viene spiegato come funzionano imitando i piedi dei gechi.

Fino ad ora, lo stampaggio ha prodotto queste pareti mesoscala versando gli ingredienti su un modello, lasciando reagire la miscela e fissarla ad un polimero flessibile quindi rimuoverla dallo stampo. Ma il metodo è scomodo.

"Le tecniche di stampaggio sono processi costosi e dispendiosi in termini di tempo. E ci sono problemi con il rilascio del materiale simile a un geco dal modello, che possono disturbare la qualità della superficie di attacco, " ha detto Varenberg.

Il nuovo metodo dei ricercatori ha formato quelle pareti versando gli ingredienti su una superficie liscia anziché su uno stampo, lasciando che il polimero si indurisca parzialmente, quindi immergendovi file di lamette da laboratorio. Il materiale si è fissato un po' di più intorno alle lame, che sono stati poi estratti, lasciando dietro di sé rientranze su scala micron circondate dalle pareti desiderate.

Varenberg e il primo autore Jae-Kang Kim hanno pubblicato i dettagli del loro nuovo metodo sulla rivista Materiali e interfacce applicati ACS il 6 aprile 2020.

Dimentica la perfezione

Sebbene il nuovo metodo sia più facile dello stampaggio, svilupparlo ha richiesto un anno di immersione, disegno, e riaggiustando mentre si esaminano dettagli pignoli al microscopio elettronico.

"Ci sono molti parametri da controllare:viscosità e temperatura del liquido; tempi, velocità, e distanza di estrazione delle lame. Avevamo bisogno di abbastanza plasticità del polimero di fissaggio alle lame per allungare le pareti, e non tanta rigidità che porterebbe a squarciare i muri, " ha detto Varenberg.

Le superfici ispirate ai gechi hanno una topografia fine su scala micron e talvolta anche su scala nanometrica, e le superfici realizzate tramite stampaggio sono solitamente le più precise. Ma tale perfezione non è necessaria; i materiali realizzati con il nuovo metodo hanno svolto egregiamente il lavoro ed erano anche decisamente robusti.

"Molti ricercatori che dimostrano l'adesione del geco devono farlo in una camera bianca con attrezzature pulite. Il nostro sistema funziona semplicemente in impostazioni normali. È robusto e semplice, e penso che abbia un buon potenziale per l'uso nell'industria e nelle case, " ha detto Varenberg, che studia le superfici in natura per imitare le loro qualità vantaggiose nei materiali creati dall'uomo.

Peluche di piedi di geco

Guarda il piede del geco. Ha creste sulle dita dei piedi, e questo ha portato alcuni in passato a pensare che i loro piedi si attacchino per aspirazione o per qualche tipo di presa per la pelle.

Ma i microscopi elettronici rivelano una struttura più profonda:fibrille ispide a forma di spatola sporgono per alcune dozzine di micron da quelle creste. Le fibrille stabiliscono un contatto così completo con le superfici fino alla nanoscala che le deboli attrazioni tra gli atomi su entrambi i lati sembrano sommarsi enormemente per creare una forte adesione complessiva.

Al posto della peluria, gli ingegneri hanno sviluppato file di forme che coprono i materiali che producono l'effetto. Una forma comune fa sembrare la superficie di un materiale un campo di funghi di poche centinaia di micron; un altro sono file di muretti come quelli in questo studio.

"I motivi dei funghi toccano una superficie, e si attaccano subito, ma il distacco richiede l'applicazione di forze che possono essere svantaggiose. Le sporgenze a forma di parete richiedono una forza di taglio minore come uno strattone o una presa delicata per generare aderenza, ma è facile, e lasciare andare l'oggetto non è complicato, pure, " ha detto Varenberg.

Il team di ricerca di Varenberg ha utilizzato il metodo di disegno per creare pareti con spazi a forma di U tra di loro e pareti con spazi a forma di V in mezzo. Hanno lavorato con polivinilsilossano (PVS) e poliuretano (PU). La forma a V realizzata in PVS ha funzionato meglio, ma il poliuretano è il materiale migliore per l'industria, quindi il gruppo di Vanenberg lavorerà ora per ottenere il modello di presa del geco a forma di V in PU per la migliore combinazione possibile.