Gekko's zijn ronduit inspirerend. Deze reptielen zijn niet alleen schattig, kleurrijk en bedreven in het verkopen van autoverzekeringen, maar hun superplakkerigheid verbijstert mensen al millennia lang. Dankzij zelfklevende voeten en een scherpe manipulatie van moleculaire bindingen kunnen gekko's gemakkelijk verticale wanden beklimmen en kunnen ze zelfs ondersteboven aan oppervlakken hangen. Nu hebben hun plakkerige ledematen een nieuw apparaat geïnspireerd dat zou kunnen helpen (mensen? Robots? Zouden hier een zelfstandig naamwoord willen) dingen oppakken en laten vallen met de schakelaar van een lamp.
gerelateerde inhoud
- Nu kan een persoon een muur opklimmen, net als een gekko
- Gekko's kunnen de beweging van hun teenharen regelen
- Waarom gekko's niet afglijden op natte junglebladeren of hotelplafonds
De wonderbaarlijke krachten van gekko voeten hebben mystified wetenschappers tot ongeveer 15 jaar geleden. Toen ontdekten onderzoekers dat deze dieren de relatief zwakke Van der Waals-kracht exploiteerden om zich aan oppervlakken te hechten en zich gemakkelijk te verwijderen. In tegenstelling tot een sterkere magnetische kracht, is de Van der Waals-kracht het gevolg van de onbalans in ladingen tussen verschillende moleculen, waardoor een losse aantrekking ontstaat. Door miljoenen minuscule haartjes op hun voeten te gebruiken - die elk in een bepaalde richting kunnen worden gericht en worden aangetrokken door de Van der Waals-kracht - kunnen gekko's een krachtige maar ook omkeerbare kleefkracht creëren.
Vijf jaar geleden gebruikte de zoöloog Stanislav Gorb van de Kiel University de inzichten over gekkohaar om een siliconentape te maken die zo sterk was dat een stuk van 64 vierkante inch er gemakkelijk in slaagde om een volwassen volwassene aan een plafond te hangen. In tegenstelling tot normale tape kan het ook meerdere keren worden losgemaakt en opnieuw worden bevestigd zonder de plakkerigheid te verliezen. Eind 2015 heeft het werk van Gorb bijgedragen aan de commercialisering van 'gecko-tape'. Hoewel het product tot nu toe beperkt is gebruikt, is het te vinden in een merk van Canadese paardrijbroeken om ruiters in hun zadels te helpen en heeft het een enthousiaste investeerder in PayPal-oprichter Peter Thiel gevonden.
Maar het uitzoeken wat de gekko-voeten zo plakkerig maakte, loste slechts de helft van het probleem op.
"Dieren hechten zich niet alleen vast, maar maken [ook] los door deze kleefstructuren te gebruiken", zegt Emre Kizilkan, een Ph.D. student studeert materiaalkunde aan de Kiel University. Het enige dat gekko's hoeven te doen, is hun voet schuin zetten of zelfs alleen de haren zelf anders en de voet zal bijvoorbeeld omhoog komen. Werkend onder Gorb, wilde Kizilkan de spierbewegingen die gekko's gebruiken om hun plakkerigheid te beheersen vervangen door een soort "schakelaar" die mensen gemakkelijk konden benutten. Haar oplossing: Licht.
Licht is immers een vrije, schone energiebron die eenvoudig op afstand kan worden bediend. Dit maakt het "zeer geschikt voor precieze micromanipulatie", zegt Kizilkan.
Met behulp van de reeds in de handel verkrijgbare gekko-tape bevestigde Kizilkan de tape op een film van vloeibaar kristallijne elastomeren - een substantie gemaakt van polymeerketens die langwerpig zijn bij blootstelling aan ultraviolet licht. De verlenging trekt de kunstmatige gekko tape haren in een positie waar ze hun aantrekkingskracht verliezen. De tape maakt dan los van waar het aan vasthield, volgens een artikel dat vorige week in het tijdschrift Science Robotics werd gepubliceerd .
Bij blootstelling aan UV-licht verandert de moleculaire structuur in het apparaat van de onderzoekers zichzelf en buigt de gekko-tape van het bijgevoegde voorwerp af. (Emre Kizilkan en Jan Strueben / Science Robotics) In video's gemaakt door de onderzoekers, konden hun "biogeïnspireerde, door licht bestuurbare microgestructureerde transportapparatuur" (BIPMTD) glazen platen en zelfs reageerbuizen oppakken en gemakkelijk laten vallen nadat een UV-licht erop scheen.
"Dit materiaal kan twee dingen samen doen, " zegt Kizilkan: zowel vasthouden als loslaten. Hij ziet lichtgeactiveerde gekko-tape als een zegen voor delicate laboratoriumwerkzaamheden, industriële productie en mogelijk zelfs voor robots om materialen te transporteren. Als een voorbeeld, het kan worden gebruikt om giftige chemicaliën in een reageerbuis te vervoeren en ze veilig in een ander gebied te laten vallen zonder menselijke handen. Of het kan iemand in staat stellen een muur te beklimmen met alleen gekko-tape en een licht. Reddingsrobots konden op een dag de technologie gebruiken om in beschadigde gebouwen te klimmen en mensen te redden.
Medewerker Anne Staubitz, een biochemicus aan de Universiteit van Bremen, hoopt in de toekomst te werken aan het aanpassen van de BIPMTD om langere, minder schadelijke golflengten van licht te gebruiken en hopelijk verder te gaan met het ontwikkelen van een product in de komende jaren.
Stanford University engineering onderzoeker Mark Cutkosky, die niet betrokken was bij dit onderzoek, herinnert zich dat hij door gecko geïnspireerde hechting zag die bestuurd werd door magnetische, elektrostatische en andere krachten, maar dit is het eerste gebruik van licht dat hij heeft gezien. Hoewel hij graag de nieuwe ontwikkeling en de mogelijkheden ervan ziet, zegt Cutkosky dat hij graag meer tests zou willen zien van de duurzaamheid van de BIPMTD en hoe goed deze kan opschalen tot de grote krachten en gewichten die zouden worden gebruikt in robotica en productie.
Aaron Parness, een NASA Jet Propulsion Laboratory robotica-onderzoeker, heeft bijgedragen aan de gecko-geïnspireerde grijptechnologie die astronauten kunnen gebruiken om sensoren te monteren en over ruimtevaartuigen te lopen zonder omvangrijke harnassen. Parness is het met Cutkosky eens over de uitdagingen die de BIPMTD zou moeten overwinnen.
"Tien jaar geleden dachten we allemaal dat het maken van het op de gecko geïnspireerde materiaal de grootste uitdaging was - en het was een zeer grote uitdaging - maar in de afgelopen jaren is duidelijk geworden dat de mechanismen die we gebruiken om te profiteren van de op de gecko geïnspireerde de eigenschappen van materialen vormen ook een zeer grote uitdaging ", zegt Parness, die niet betrokken was bij dit onderzoek. "Het is een ander systeem waarmee we het grote potentieel van de door gecko geïnspireerde lijmen kunnen realiseren."
