Gekot ovat suoraan inspiroivia. Nämä matelijat eivät ole vain söpöjä, värikkäitä ja taitavia myymään autovakuutuksia, vaan niiden super-tarttuvuus on hämmentänyt ihmisiä jo vuosituhansia. Liimautuvien jalkojen ja aktiivisen molekyylisidosten käsittelyn ansiosta gekot pystyvät kiipeämään pystysuoriin seiniin helposti ja voivat jopa roikkua ylösalaisin pinnoista. Nyt niiden tahmeat raajat ovat inspiroineet uutta laitetta, joka voi auttaa (Ihmiset? Robotit? Haluaisitko täällä substantiivin) poimimaan ja pudottamaan asioita valon kytkimellä.
Asiaan liittyvä sisältö
- Nyt henkilö voi ryntää muurin aivan kuten geko
- Geckot voivat hallita varpaidensa hihojen liikkumista
- Miksi gekot eivät liu'uta märkiä viidakonlehtiä tai hotellien kattoja
Geckojalkojen ihmeelliset voimat ovat mistifioineet tutkijoita noin 15 vuotta sitten. Silloin tutkijat oppivat, että nämä eläimet hyödyntivät suhteellisen heikkoa Van der Waals -voimaa tarttuakseen pintoihin ja poistaakseen itsensä helposti. Toisin kuin vahvempi magneettinen voima, Van der Waals -voima johtuu varausten epätasapainosta eri molekyylien välillä, mikä luo löysän vetovoiman. Käyttämällä miljoonia pienimuotoisia karvoja jalkoillaan - joista jokainen voi suuntautua tiettyyn suuntaan ja saadaan houkuttelemaan Van der Waalsin voima - gekot voivat luoda voimakkaan, mutta myös palautuvan tarttuvan voiman.
Viisi vuotta sitten Kielin yliopiston eläintieteilijä Stanislav Gorb käytti gekohiusten havainnointia luodakseen silikoniteipin, joka oli niin vahva, että 64 neliön tuumainen kappale pystyi helposti pitämään täysikokoisen aikuisen ripustettuna katosta. Toisin kuin normaali nauha, se voidaan myös irrottaa ja kiinnittää uudelleen useita kertoja menettämättä tahmeutta. Vuoden 2015 lopulla Gorbin työ auttoi johtamaan "geckoteipin" kaupallistamiseen. Vaikka tuotteelle on toistaiseksi ollut rajoitettua käyttöä, se löytyy Kanadan ratsastushousujen merkistä auttaakseen ratsastajia pysymään saduloissaan, ja se on löytänyt innostuneen sijoittajan PayPalin perustaja Peter Thielistä.
Mutta selvittäminen siitä, mikä teki gekonijaloista niin tahmeita, ratkaisi vain puolet ongelmasta.
"Eläimet eivät vain kiinnitu, vaan myös [irtoavat] käyttämällä näitä liimarakenteita", sanoo tohtori Emre Kizilkan. materiaalitekniikan opiskelija Kielin yliopistossa. Kaikki gekot tarvitsee vain kallistaa jalkaansa tai jopa vain itse karvoja eri tavalla, ja jalka esimerkiksi nousee pois. Työskennellessään Gorbin alla, Kizilkan halusi korvata gekojen käyttämät lihakselliset liikkeet hallitsemaan tarttuvuutensa jonkinlaisella ”kytkimellä”, jota ihmiset voivat helposti hyödyntää. Hänen ratkaisunsa: Kevyt.
Loppujen lopuksi valo on ilmainen, puhdas energialähde, jota voidaan helposti ohjata kaukaa. Tämä tekee siitä ”erittäin sopivan tarkkaan mikromanipulointiin”, Kizilkan sanoo.
Kizilkan kiinnitti teippiä jo jo kaupallisesti saatavana olevalla geckoteipillä nestemäisten kiteisten elastomeerien kalvoon - aineeseen, joka on valmistettu polymeeriketjuista, jotka venyvät, kun ne altistetaan ultraviolettivalolle. Pidennys vetää keinotekoiset geckoteipin karvat asentoon, jossa ne menettävät vetovoimansa. Nauha irtoaa sitten siitä, mihin se tarttui, Science Robotics -lehdessä viime viikolla julkaistun artikkelin mukaan.
UV-valolle altistettuna tutkijoiden laitteessa käytetty molekyylirakenne muotoutuu uudelleen, taivuttamalla gekototeippi kiinnitetystä esineestä. (Emre Kizilkan ja Jan Strueben / Tiederobotiikka) Tutkijoiden luomissa videoissa heidän "bioinspiratoidun valonkontrolloidun mikrorakenteisen kuljetuslaitteen" (BIPMTD) avulla pystyttiin keräämään lasilevyjä ja jopa koeputkia ja pudottamaan ne helposti sen jälkeen, kun siihen paistoi UV-valo.
"Tämä materiaali voi tehdä kaksi asiaa yhdessä", Kizilkan sanoo: molemmat kiinni ja vapauttavat. Hänen mielestään valoaktivoitu geckoteippi on apu arkaluonteiselle laboratoriotyölle, teollisuudelle ja mahdollisesti jopa roboteille materiaalien kuljettamiseksi. Vain yhtenä esimerkkinä sitä voidaan käyttää myrkyllisten kemikaalien kuljettamiseen koeputkessa ja pudottaa ne turvallisesti toiselle alueelle ilman, että siihen olisi osallistunut ihmisen käsiä. Tai se voi antaa jonkun leikata seinää vain gekkoteipillä ja valolla. Pelastusrobotit voisivat yhtenä päivänä käyttää tekniikkaa kiivetä vaurioituneisiin rakennuksiin ja pelastaa ihmisiä.
Yhteistyökumppani Anne Staubitz, biokemisti Bremenin yliopistossa, toivoo tulevaisuudessa pyrkivänsä muuttamaan BIPMTD: tä siten, että se käyttäisi pidempiä, vähemmän vahingollisia valon aallonpituuksia, ja toivottavasti etenee tuotteen kehittämisessä seuraavien vuosien aikana.
Stanfordin yliopiston insinööritutkija Mark Cutkosky, joka ei ollut mukana tässä tutkimuksessa, muistaa nähneensä gekon inspiroiman tartunnan, jota kontrolloivat magneettiset, sähköstaattiset ja muut voimat, mutta tämä on ensimmäinen valon käyttö, jota hän on nähnyt. Vaikka hän haluaa nähdä uuden kehityksen ja sen tarjoamat mahdollisuudet, Cutkosky sanoo haluavansa nähdä lisää BIPMTD: n kestävyystestejä ja kuinka hyvin se pystyy mittaamaan suuriin voimiin ja painoihin, joita käytettäisiin robottiikassa ja valmistuksessa.
NASA: n Jet Propulsion Laboratory -robottikotutkija Aaron Parness on auttanut suunnittelemaan gekon inspiroimaa tarttumistekniikkaa, jota astronautit voisivat käyttää anturien asentamiseen ja kävelemiseen avaruusaluksen läpi ilman suuria valjaita. Parness on yhtä mieltä Cutkoskyn kanssa haasteista, jotka BIPMTD: n olisi voitettava.
"Kymmenen vuotta sitten me kaikki ajattelimme, että geckosta inspiroidun materiaalin tekeminen oli suurin haaste - ja se oli erittäin suuri haaste -, mutta viime vuosina on käynyt selväksi, että mekanismit, joita käytämme geko-inspiroimien hyödyntämiseksi materiaalien ominaisuudet ovat myös erittäin suuri haaste ", sanoo Parness, joka ei ollut mukana tässä tutkimuksessa. "Se on toinen järjestelmä, jonka avulla voimme hyödyntää geko-inspiroitujen liimojen suurta potentiaalia."
