Mergând pe pereți. Insectele inspiră crearea unei “benzi adezive” mai bune

Aparent fară efort, o muscă nu poate doar să meargă pe pereți în linie verticală, ci și cu capul în jos pe tavane, chiar și pe cele din sticlă.

Timp de mulți ani, oamenii de știință s-au străduit să afle „secretul” care permite insectelor să facă acest lucru – fiind în același timp cu un ochi și pe potențialele aplicațiile comerciale. Imaginați-vă, de exemplu, o bandă adezivă la fel de eficientă ca și piciorul unei insecte – cu o abilitate foarte puternică de lipire, dar care poate fi și dezlipită ușor, iar si iar, fără să-și piardă în niciun fel capacitatea adezivă.

O sugestie timpurie a fost că insectele foloseau “microventuze”. Dar acest lucru nu oferă o explicație completă a capacității insectelor de a se lipi. Odată cu apariția microscoapelor electronice și a altor tehnologii micro si nano utilizate pentru a examina în detaliu pernuțele picioarelor insectelor, cercetătorii au acum o înțelegere mult mai bună a mecanismelor adezive ale acestora.

Oamenii de știință știu acum că picioarele insectelor au o microstructură incredibil de complicată, cu o serie de forțe fizice de bază diferite, care contribuie la aderența generală. Existența firelor de păr  micro-fine  de pe pernuțele picioarelor insectelor permite desfășurarea forțelor van der Waals și Coulomb, așa cum se întâmplă și cu picioarele șopârlelor geckos (1,2) și a unor păianjeni (1) . Acest lucru nu este numai foarte eficient, ci și cu rol de autocurățare.

Pernuțele picioarelor anumitor insecte secretă, de asemenea, o cantitate mică de lichid, dând naștere unor forțe capilare suplimentare, puternic aderente (tensiunea superficială și adeziunea moleculară). Și alte insecte posedă aparate mecanico-hidraulice sofisticate care le permit să se lipească în acest fel. [1]

Înarmați cu această informație, inginerii de materiale au dezvoltat o bandă de polimer microstructurată, modelată pe suprafața tălpii pernuței piciorului anumitor insecte.[2],[3]  Testarea ulterioară a evidențiat performanța superioară a benzii „de inspirație bio”,[4] comparativ cu o bandă adezivă sensibilă la presare, disponibilă în comerț.

În comparație cu o bandă PVS plană, banda cu model microstructurat a demonstrat o aderență considerabil mai mare într-un test de desfacere, cu o forță de adeziune mai mare pe o unitate  de  suprafață de contact.

În plus, banda microstructurată „este mai puțin sensibilă la contaminarea cu particule de praf decât banda plană sau o bandă de scotch obișnuită”. Și chiar dacă „banda de tip insectă” este murdărită, ea poate fi spălată în apă cu  o soluție de săpun, recuperându-și complet proprietățile sale adezive inițiale.

Roboți de curățare a ferestrelor!

Roboții care ar putea urca pe suprafețe verticale, așa cum fac insectele și șopârlele, ar putea fi utilizați în explorare, în inspecția clădirilor înalte și a podurilor și pentru curățarea la înălțime a ferestrelor. Roboții care merg pe perete sunt într-adevăr creați luând în considerare astfel de aplicații. Această bandă „de inspirație bio” a fost „aplicată cu succes” [5] la anexele piciorului-roată-multi-spițat al unui robot de cățărare pe perete, numit Mini-Whegs, care cântărește 120 de grame.  [6]

Deși sunt doar la stadiul de pre-prototip, nimeni n-ar spune ca robotul care merge pe perete sau “banda adezivă de tip insectă” nu au fost proiectate.

Morala poveștii? Permiteți-mi să o așez în rimă:

Mersul pe pereți este chiar o artă,
Deci, designerul robotului trebuie să fie destul de inteligent.
Dar, privind la iscusința unei insecte,
Creatorul insectei trebuie să fie încă și mai inteligent.

(în articolul original, în limba engleză):

“Walking up walls is quite an art, 
So, that robot’s designer must be pretty smart.
But looking at an insect’s skill—
The insect’s Designer must be smarter still.”)

Cele nevăzute ale Lui se văd de la facerea lumii, înţelegându-se din făpturi, adică veşnica Lui putere şi dumnezeire, aşa ca ei să fie fără cuvânt de apărare. (Romani 1:20)

Autor: David Catchpoole
Sursa: Creation.com | Walking up walls

Traducător: Emilia Comoniță

Referințe și note

1. Sarfati, J., Great gecko glue? Creation 23(1): 54–55, 2000; <creation.com/gecko>.
2. Sarfati, J., Gecko foot design could it lead to a real spiderman? Creation 26(1): 22–23, 2003; <creation.com/geckoman>.
3. Sarfati, J., Spectacular spider stickiness, Creation 27(4):54–55, 2005; <creation.com/spiderstick>.
4. Sarfati, J., Startling stickiness, Creation 24(2):37, 2002; <creation.com/stickiness>.
5. Gorb, S., Varenberg, M., Peressadko, A., and Tuma, J., Biomimetic mushroom-shaped fibrillar adhesive microstructure, Journal of the Royal Society Interface 4(13):271–275, 2007.
6. Suprafața reprodusă a suportului de pe piciorul insectelor a constat într-o structură de fire de păr (fibre, stâlpi) cu vârfuri largi aplatizate și o zonă flexibilă îngustată chiar sub vârful aplatizat. Stâlpii prezintă un model de distribuție hexagonală – prin urmare o densitate de umplere ridicată.
7. Gorb, S., Sinha, M., Peressadko, A., Daltorio, K., and Quinn, R., Insects did it first: a micropatterned adhesive tape for robotic applications, Bioinspiration & Biomimetics 2(4):S117–S125, 2007.
8. Potrivit autorilor de la ref. 7. Hârtia lor are o fotografie (Figure 9, on p. S122) of the Mini-WhegsTM, cu „bandă de tip insectă” fixată pe un perete. (La momentul redactării (aprilie 2008), fotografia a putut fi fi vizualizată online la http://www.iop.org/EJ/article/1748-3190/2/4/S01/bb7_4_s01.pdf?request=id= 44d2e4.)
9. Există multe alte potentiale aplicații practice pentru noua bandă de tip insectă, de ex. fixarea obiectelor pe suprafețe de sticlă și pentru protejarea și prinderea materialelor optico-sensibile pe suprafețe netede, cum ar fi lentilele, CD-urile și DVD-urile.