由壁虎脚启发的超粘性材料

作者:皇祯纺

多年来,生物学家们对壁虎脚的力量感到惊讶,它们让这些5盎司的蜥蜴产生的粘合力大致相当于在墙壁上承载九磅而不会滑倒。现在,马萨诸塞州阿默斯特大学的聚合物科学家和生物学家团队已经发现了壁虎究竟是如何做到这一点的,他们发明了“Geckskin”,这种装置可以在光滑的墙壁上保持700磅。位于UMass Amherst的Alfred Crosby高分子科学与工程实验室的博士候选人Michael Bartlett是他们文章的主要作者,描述了当前在线高级材料在线问题的发现。该组织包括生物学家Duncan Irschick,他是一位功能性形态学家,研究过壁虎攀爬和保持能力超过20年。壁虎在垂直,倾斜甚至向后倾斜的表面上同样适用于家中。 “令人惊讶的是,壁虎脚可以很容易地应用和脱离,并且表面上没有残留的粘性残留物,”Irschick说。他和克罗斯比说,这些特性,高容量,可逆性和干燥附着力为合成材料提供了诱人的可能性,可以轻松地将重型日常物品(例如电视或计算机)连接到墙壁,以及医疗和工业应用等。 。作者指出,这些尺度的这种特性组合以前从未实现过。克罗斯比说,“我们的Geckskin设备大约16平方英寸,大约是索引卡的大小,并且可以保持最大力约700磅,同时粘附在光滑的表面上,例如玻璃。”除了其令人印象深刻的粘贴能力,该设备可以用微不足道的努力释放并重复使用多次而不会损失有效性。例如,它可以用来将42英寸的电视机固定在墙上,用温和的拖船释放,并根据需要多次重新安装到另一个表面,不留残留物。之前合成壁虎脚和垫的巨大粘合力的努力是基于它们的脚趾上称为刚毛的微观毛发的质量,但是将它们转化为更大尺度的努力是不成功的,部分原因是整个壁虎脚的复杂性不是考虑到了。正如Irschick解释的那样,壁虎的脚有几个相互作用的元素,包括肌腱,骨骼和皮肤,它们共同作用产生易于可逆的粘附。现在,他,巴特利特,克罗斯比和其他UMass Amherst团队已经解开了简单而优雅的秘诀,即创造一种可以处理过大重量的装置。克罗斯比指出,Geckskin及其支持理论证明,刚果性能不需要刚毛。 “这是一个未在其他设计策略中考虑过的概念,并且可能在未来开辟一种类似壁虎粘合剂的新研究途径。”Bartlett及其同事的关键创新是用软垫创建一体化粘合剂编织成坚硬的织物,使垫子“覆盖”在表面上以最大化接触。此外,研究人员解释说,与天然壁虎脚一样,皮肤被编织成合成的“肌腱”,产生的设计在保持刚度和旋转自由方面起着关键作用。重要的是,Geckskin的粘性垫使用简单的日常材料,如聚二甲基硅氧烷(PDMS),这有望开发出价格低廉,坚固耐用的干性粘合剂。麻省大学阿默斯特分校的研究人员正在通过吸取壁虎脚的演变来继续改进他们的Geckskin设计,壁虎脚在解剖学上表现出显着的变化。 “我们对Geckskin的设计展示了进化的真正综合能力,激发了合成设计,最终可以通过多种方式帮助人类,”Irschick说。这项工作得到了美国国防高级研究计划局(DARPA)的支持,通过分包给Draper实验室和UMass Amherst研究基金。 - 图像2:卡片大小的Geckskin垫可以牢固地连接非常重的物体,例如这台重约40磅的42英寸电视机。 (18千克)到光滑的垂直表面。 Bartlett及其同事的关键创新是创造一种柔软的衬垫,编织成一种包括合成肌腱的硬质织物。这些特征一起允许刚性但柔韧的垫在表面上“悬垂”以最大化接触。照片由麻省大学阿默斯特提供 - 网上:....