Un nuovo tipo di "pelle" sintetica applicata a un materiale elastico per sillabare la parola "SLIP". Credito:Ding lab
Un team di ricerca guidato da CU Boulder ha progettato un nuovo tipo di "pelle" sintetica scivolosa come le scaglie di un serpente.
La ricerca, pubblicato di recente sulla rivista dell'American Chemical Society Materiali applicati e interfacce , affronta un problema sottovalutato in ingegneria:l'attrito.
Yifu Ding, autore senior del nuovo articolo, ha spiegato che ogni giorno, le macchine, dai robot alle automobili, perdono enormi quantità di energia semplicemente perché le loro parti sfregano tra loro. Per cercare di ridurre quella perdita, lui e i suoi colleghi hanno preso spunto dalla natura, in particolare, i suoi membri più viscidi.
"Il corpo di un serpente è abbastanza morbido da potersi contorcere in tutti i tipi di forme, " disse Ding, un professore nel dipartimento di ingegneria meccanica Paul M. Rady. "Può anche muoversi molto velocemente se necessario, in parte perché la sua pelle ha un attrito così basso."
Nel loro ultimo studio, i ricercatori hanno sviluppato uno strumento chiamato polimerizzazione interfacciale solido-liquido (SLIP) che consente loro di posare un sottile strato di pelle su superfici esistenti come gomma o materiali elastici chiamati elastomeri. Quello strato assomiglia molto alle scaglie di un serpente e può trasformare una superficie altrimenti appiccicosa in un pericolo di scivolamento.
La tecnologia potrebbe essere un vantaggio per le macchine che combattono l'attrito ma non possono tollerare di bagnarsi.
"Ci sono molte nuove applicazioni ingegneristiche, come robot morbidi o sensori indossabili, dove non è possibile utilizzare questi lubrificanti liquidi tradizionali, "Ding ha detto. "Piuttosto, devi modificare la superficie stessa."
ora è possibile, grazie al serpente spesso odiato.
Squame di serpente viste da vicino. Credito:Pixabay
Cosa c'è in una bilancia?
Serpenti, dai serpenti giarrettiera a strisce ai serpenti rampicanti verde brillante, devono molto del loro successo alla bilancia. Se metti una di queste piccole strutture al microscopio, noterai che sono costituiti da molti strati di tessuto impilati uno sopra l'altro.
"Lo strato superiore è come la cheratina, di cosa sono fatte le nostre unghie, "Ding ha detto. "E 'molto fragile e rigida. Quindi la scala passa gradualmente a un materiale molto più morbido sotto".
Quella combinazione di duro e morbido dà ai serpenti il loro vantaggio, aiutandoli a mantenere basso l'attrito pur rimanendo flessibili. È anche la caratteristica che Ding e i suoi colleghi hanno voluto replicare in laboratorio.
Il gruppo è iniziato con una base composta da polidimetilsilossano (PDMS), un materiale elastico comune in molte tecnologie mediche. I ricercatori hanno quindi utilizzato la tecnica SLIP per posizionare un sottile, strato di materiale sintetico simile a una scala su quella base.
Il metodo, Ding ha spiegato, funziona mescolando piccole molecole in una pellicola di liquido, quindi usando la luce per farli cadere dalla sospensione, un po' come i piselli che affondano sul fondo di una ciotola di zuppa. Una volta lì, quei mattoni si infiltrano nel PDMS e formano uno strato di pelle ibrido.
Ciò si traduce nell'equivalente di laboratorio degli stivali di pelle di serpente.
"Niente si attacca ad esso, "Ding ha detto. "Puoi toccarlo, e il tuo dito scivolerà».
La "pelle" sintetica ispirata alla pelle di serpente vista al microscopio. Credito:Ding lab
Scivolare e scivolare
Per dimostrare quanto sia simile a un serpente la loro invenzione, lui e i suoi colleghi, tra cui Mengyuan Wang, che ha recentemente conseguito il dottorato di ricerca. da CU Boulder, ha eseguito una serie di test apparentemente semplici. Il gruppo ha attribuito pesi sia al PDMS ibrido che a quello normale, poi metterli su varie superfici inclinate.
Il PDMS della squadra trattato con la pelle di serpente è scivolato giù anche per lievi pendenze, Wang ha detto, mentre il materiale normale non si è mosso.
"Il PDMS è davvero appiccicoso, " disse Wang. "Anche quando lo capovolgi completamente, si attaccherà ancora alle superfici."
La pelle di serpente del team ha livelli di attrito simili a molti materiali ceramici e metalli lucidi, trovato il gruppo. Ding ha aggiunto che il metodo SLIP è abbastanza agile da poter stendere questa pelle in qualsiasi modello, anche in forme che scandiscono le parole.
Il gruppo ha ancora molto lavoro da fare prima di poter iniziare ad applicare la sua superficie scivolosa alle vere articolazioni dei robot. Ma la ricerca è un motivo in più per ringraziare un simpatico serpente.
"Quando progettiamo nuovi materiali, non sempre sappiamo che tipo di struttura realizzare, " disse Ding. "Ma se c'è un esempio in natura, è già dimostrato che può funzionare, quindi possiamo semplicemente imitarlo."
