Исследователи из Virginia Tech вдохновились щупальцами осьминога и разработали «клеящуюся перчатку», которая захватывает предметы под водой. Этот материал будет полезен в робототехнике, медицине и производстве — там, где нужно манипулировать влажными объектами.
Клеи, которые работают под водой, трудно изготовить. Это связано с тем, что водородные связи и силы взаимодействия, которые обеспечивают адгезию (сцепление поверхностей тел) в сухих средах, гораздо менее эффективны в воде. Но животный мир содержит множество примеров адгезии во влажных условиях: мидии выделяют специальные белки, создавая липкий налет для прикрепления к влажным поверхностям. Лягушки пропускают жидкость через структурированные подушечки пальцев ног, чтобы активировать капиллярные и гидродинамические силы. А головоногие моллюски, такие как осьминог, используют присоски для прилипания к поверхностям посредством всасывания.
Захваты осьминогов особенно хороши для удержания предметов под водой. У них есть восемь длинных щупалец, покрытых присосками, которые могут хватать добычу. Присоски прилипают к предмету, быстро создавая прочную связь, которую трудно разорвать. «Адгезия у осьминога быстро активизируется, — объясняет руководитель исследовательской группы Майкл Бартлетт. — И осьминог контролирует более 2 тыс. присосок на восьми щупальцах, обрабатывая информацию от химических и механических датчиков»
Осьминоги используют для адгезии глаза и систему фоторецепции; механорецепторы, которые находят поток жидкости, давление и контакт, и тактильные датчиков хеморецепции. Каждая присоска управляется независимо для активации или ослабления адгезии — чего нет в синтетических клеях.
Разработанная «клеящаяся перчатка» состоит из стержня из силиконового эластомера, покрытого мембраной с пневматическим приводом для контроля адгезии. Клеевой элемент соединен с источником давления, который манипулирует давлением для управления формой мембраны. Затем присоски и датчики соединяются через микроконтроллер для обнаружения объектов и контроля адгезии.
«Такая конструкция позволяет нам 450 раз переключать адгезию из состояния включения в состояние выключения менее чем за 50 миллисекунд, — говорит Бартлетт. — Мы интегрировали клеевые элементы с массивом оптических датчиков, которые определяют, насколько близко находится объект».
Это устройство, получившее название Octa-glove, может находить объекты различной формы под водой. При обнаружении предмета система автоматически активирует клей, чтобы начать манипуляции с объектом.
«Объединив мягкие, отзывчивые адгезивные материалы со встроенной электроникой, мы можем захватывать предметы без необходимости сжимать их, — сказал Бартлетт. — Это делает обращение с влажными предметами намного проще и естественнее. Просто поднесите руку к какому-нибудь предмету, и перчатка сделает всю работу по захвату без участия пользователя».
Читать далее:
На пирамиде в Китае нашли портрет «царя предков». Он правил более 4 000 лет назад
Длительность земного дня увеличивается. Ученые не знают почему
Инженеры создали «вечный двигатель» для портативных атомных часов