Стэнфордская лаборатория разрабатывает «самый липкий в мире неклейкий материал».

На разработку «самого липкого и нелипкого» материала в мире вдохновили миниатюрные лапки геккона.

Лаборатория биомиметики и ловких манипуляций профессора Стэнфордского машиностроения Марка Каткоски (BDML) изучает свойства сверхъестественной способности этой ящерицы прилипать к поверхностям. Доктор философии по машиностроению, шестой курс BDML. студент Тони Чен и доктор философии пятого курса машиностроения. Студент Амар Хадж-Ахмад совместно разработал сухую клейкую ленту, имитирующую хватку геккона.

Проект по разработке клея для гекконов в Стэнфорде начался в середине 2000-х годов после того, как Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) поставило задачу разработать способ, позволяющий роботам подниматься по стенам вертикально без присасывания, сказал Чен. Недавно клей был показан в информационном видеоролике на популярном YouTube-канале Veritasium.

Гекконы — это вид ящериц, которые обычно плотоядны, имеют размер от полудюйма до чуть больше фута и широко распространены по всему миру, обитая как в тропических лесах, так и в домах.

Анатомия подушечек пальцев геккона дает ему возможность ловко лазать. По словам Каткоски в видео, присмотревшись к подушечкам пальцев геккона, можно увидеть ребристые участки, известные как ламели. По словам Каткоски, ламеллы состоят из щетинкообразных стеблей, называемых щетинками, которые заканчиваются ветвями микронного размера, называемыми лопаточками.

Когда геккон карабкается, он полагается на адгезию, приписываемую силам Ван-дер-Ваальса (по иронии судьбы, самой слабой межмолекулярной силе), состоящей из притяжения между нейтральными атомами. Эти силы позволяют геккону прикрепляться к поверхностям и отрываться от них по своему усмотрению.

По словам Чена, клей Gecko лучше действует на гладких поверхностях, поскольку неровности более шероховатых поверхностей означают большее расстояние между атомами, что приводит к более слабой силе сцепления. Каткоски написал, что BDML «продолжает попытки улучшить общие характеристики [клея Gecko], особенно при работе с негладкими материалами, такими как картон и ткань».

Почему гекконы? «Гекконы — самые крупные животные, которые до сих пор полагаются на силы Ван-дер-Ваальса», — сказал Чен. Хадж-Ахмад добавил, что, напротив, более тяжелые животные, такие как слоны и люди, полагаются на силы трения, которые коррелируют с нормальными силами и весом. Поскольку более мелкие организмы легче, они не могут генерировать такую ​​большую силу трения и зависят от Ван-дер-Ваальса.

Многие студенты повторяли этот материал с момента его первоначальной разработки. «Способ, которым мы его производим, и даже его геометрия изменились за последние 16-17 лет», — сказал Чен.

По словам Хаджа-Ахмада, лазающий геккон «сжимает» пальцы ног, чтобы задействовать силу сцепления, а затем «меняет направление» «этого сжимания», чтобы освободить поверхность. Клей, разработанный исследователями BDML, имитирует это поведение, прочно прилипая к поверхности при загрузке в одном направлении и аккуратно отслаиваясь при разгрузке.

По словам Каткоски, BDML — не единственная лаборатория, работающая над клеями на основе гекконов.

«Самое важное различие между большинством из них и нашим клеем — управляемость. Наш клей прилипает только при нагрузке на сдвиг; ослабление поперечной силы позволяет ему отделиться практически без усилий», тогда как другим может потребоваться больше усилий, сказал Каткоски.

По словам Хаджа-Ахмада, треугольные структуры, видимые при увеличении изображения клея, позволяют изменять площадь контактной поверхности ленты, позволяя увеличивать ее площадь, когда требуется больший захват, и ограничивать площадь кончика, когда ленту нужно отпустить.

Производство клея геккон — многоэтапный процесс. Сначала на станке с ЧПУ изготавливается форма. ЧПУ использует сверхострое лезвие микротома для нанесения треугольных отметок на мягкий воск, практически невидимых невооруженным глазом. Клей состоит из силикона, который ценится за свою долговечность и, как правило, нереактивен. Затем на форму заливают определенный вариант жидкого силикона, выбранный по таким параметрам, как жесткость и вязкость, и он оседает в канавках, выфрезерованных на станке с ЧПУ. Сверху наносится подложка из каптона – тонкой пленки. Когда силикон застынет, его вынимают из формы.