Инженеры разработали новый тип крепления, вдохновившись лапами геккона

Инженеры со всего мира разрабатывают различные приспособления, вдохновляясь уникальными свойствами лап гекконов, способных держаться на практически любой поверхности. Среди таких разработок — минироботы, способные тащить на себе большую полезную нагрузку, приспособления для уборки космического мусора и цепкие перчатки, позволяющие взобраться на вертикальную стену.

Уже несколько месяцев исследователи из Университета Пенсильвании разрабатывают материал, в основе которого также лежит система, моделирующая сцепление лапы геккона с поверхностью. Особенность новинки в том, что её адгезивные свойства могут быть настроены по желанию. Как утверждают разработчики, устройство будет простым в производстве, что позволит быстро наладить массовое производство новинки.

Материал, который был разработан учёными, имитирует многочисленные микроскопические выступы, похожие на волоски, которые находятся на лапах гекконов. Искусственные микроскопические крепления могут связываться с поверхностями на молекулярном уровне с помощью Ван-дер-Ваальсовых сил.

Ранее подобные структуры создавали многие инженеры, однако они были достаточно сложны в производстве (особенно если говорить о массовом производстве продукта).

"Другие исследователи имитировали щетинистую структуру лап геккона для достижения настраиваемой адгезии, но это сделать не так-то просто, – рассказывает аспирантка Пенсильванского университета Хелен Мински (Helen Minsky). – Вы можете создавать некоторые из этих структур, однако, если вы захотите создавать крупные массивы из них, сделать это будет гораздо сложнее ".

Зная об этом, Мински и её коллега Кевин Тёрнер (Kevin Turner) использовали другой подход. Они создали простую цилиндрическую структуру, состоящую из твёрдого пластикового стержня, окружённого более мягкой силиконовой оболочкой. Такие стержни не похожи на грибообразную форму щетинок геккона, но при присасывании они действуют схожим образом: давление концентрируется в центре, в то время как мягкая оболочка подстраивается под неровности поверхности. Адгезия "выключается" при приложении боковой силы, снова смещающей давление от центра стержня к краям. В результате "присоска" отклеивается.

"Когда дело доходит до настраиваемой адгезии, все разработчики стараются скопировать механизм, позволяющий лапам геккона сцепляться с поверхностью, – говорит Тёрнер. – Проблема в том, что такие структуры крайне сложно воссоздать. Мы разработали технологию, которая позволяет достичь подобной адгезии, но более простым способом, нежели большинство существующих".

Прототипы креплений, созданные исследователями, составляют несколько миллиметров в диаметре и предназначены для присасывания к гладким поверхностям (например, стеклу). Моделирование и эксперименты показывают, что композитная структура будет работать так же эффективно даже в том случае, если будет уменьшена до микроскопических размеров.

Статья Мински и Тёрнера, описывающая разработку, была опубликована в издании Applied Physics Letters.