Una comparación entre características uniformes (Tipo 1), izquierda, y un grupo de características que exhiben fricción unidireccional (Tipo 2), Derecha, con gráficos de espacio de fuerza resultantes que muestran el rendimiento, fondo. En el estado neutral (a), las características de Tipo 1 están todas a la misma altura, y todos hacen contacto cuando se tocan con una superficie. Aplicando una fuerza cortante en la dirección preferida (b, adhesivo desplazado en la dirección de la flecha) hace que las cuñas se autoenganchen, aumentando el área de contacto (azul), y por tanto fricción y adherencia. Aplicando una fuerza cortante en la dirección inversa (c), hace que las cuñas se enganchen en sus caras inversas, aumentando de nuevo el área de contacto (naranja), resultando en una fricción muy similar en ambas direcciones (d). Las características de Tipo 2 tienen una longitud de cuña creciente sobre la solapa, así como una rampa en la base de las cuñas, por lo que hay una sola cuña más alta adyacente a la ranura (e). La aplicación de una fuerza cortante en la dirección preferida (f) da como resultado que la aleta se deforme para adaptarse a la superficie, produciendo una gran área de contacto (azul), pero menos fricción y adherencia que las características uniformes. Cuando se carga en la dirección inversa (g), la cuña más alta en la punta de la solapa evita que cualquier otra cuña entre en contacto con la superficie, reduciendo el área de contacto (naranja), y resulta en una fricción mucho menor en la dirección inversa (h). Crédito:(c) Revista de la interfaz de la Royal Society (2019). DOI:10.1098 / rsif.2018.0705
Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford y la Universidad de California ha desarrollado un material microestructurado con variación espacial que causa fricción en una sola dirección. En su artículo publicado en Revista de la interfaz de la Royal Society , el grupo describe la inspiración para el nuevo material y algunas formas posibles de utilizarlo.
El trabajo se basa en estudios previos sobre geckos, que puede adherirse fácilmente a un panel de vidrio y luego separarse fácilmente. Esta habilidad se debe a las setas en los dedos de los pies de gecko, que se agarran en una sola dirección:las estructuras similares a pelos se curvan en una sola dirección. Cuando se extiende, se agarran. Pero si se dan la vuelta, se deslizan fácilmente sobre el cristal. En este nuevo esfuerzo, los investigadores buscaron crear un material que replicara esta estructura.
El material que crearon los investigadores estaba hecho de un elastómero de silicona esculpido para tener cuñas microscópicas en su superficie. Cuando el material se coloca contra otra superficie y se tira en una dirección, las cuñas se tiran hacia la superficie, causando más fricción. Pero cuando se tira del material en la otra dirección, se desliza. Esto sucede porque algunas de las cuñas (colocadas al azar) son un poco más largas que las otras; cuando se tiran en la dirección opuesta, se enrollan sobre las otras cuñas, alejándolos de la superficie, haciendo que el material se deslice. Los investigadores explican que las cuñas colocadas al azar son un ejemplo de variación espacial, algo que se ve con bastante frecuencia en la naturaleza, pero muy raras veces en materiales manufacturados.
Los investigadores señalan que la variación espacial permite al gecko trepar por las ventanas y da iridiscencia a algunos insectos. También se ha encontrado en algunos materiales naturales que exhiben hidrofobicidad y otros que tienen propiedades anti-arrastre. Los investigadores señalan que rara vez se encuentra en los procesos de fabricación porque la necesidad de aleatoriedad aumenta los costos de producción.
Para probar su nuevo material, los investigadores crearon un robot de gusano de pulgada que no necesita levantar sus pies. En lugar de, la característica de fricción unidireccional permitió que el material se moviera en una dirección con un simple empujón hacia abajo en su centro.
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