Neumáticos agarrando la carretera. Calzado antideslizante que evita caídas. Una mano cogiendo un bolígrafo. Un gecko trepando por una pared.

Todas estas cosas dependen de una superficie blanda que se adhiere y se desprende de una superficie dura, una interacción común pero entendida de manera incompleta. Nueva investigación publicada en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ) encuentra el eslabón perdido entre la adherencia de la superficie blanda y la rugosidad de la superficie dura que toca. El papel, "Vinculando la pérdida de energía en la adherencia suave a la rugosidad de la superficie, "(DOI:10.1073 / pnas.1913126116) se publicó en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias y fue coautor de Siddhesh Dalvi, Abhijeet Gujrati, Subarna R. Khanal, Lars Pastewka, Ali Dhinojwala, y Tevis D.B. Jacobs.

Dr. Jacobs, profesor asistente de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales en la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh, y el Dr. Dhinojwala, decano interino y H.A. Profesor Morton de Ciencia de Polímeros en la Facultad de Ciencias de Polímeros e Ingeniería de Polímeros de la Universidad de Akron, han utilizado mediciones microscópicas in situ del tamaño del contacto para descubrir la física fundamental de cómo la rugosidad afecta la adhesión de materiales blandos.

"Un gecko corriendo por una pared vertical es un excelente ejemplo de cómo la naturaleza ha desarrollado una solución para adherirse a superficies rugosas, "dice Dhinojwala." La clave para lograr esta adhesión en superficies rugosas es el contacto molecular. El material blando puede adaptarse a superficies rugosas y crear el contacto molecular necesario para adherirse bien. Necesitamos una comprensión fundamental de los parámetros que controlan la adhesión a superficies rugosas y la física subyacente ".

Hay dos partes diferentes del proceso:qué sucede cuando carga el contacto y qué sucede cuando lo separa.

Las teorías anteriores han propuesto cómo la rugosidad afecta la primera mitad del proceso, pero no ofrezca información sobre la segunda mitad. Este problema se llama "histéresis de adhesión, "lo que significa que el contacto de la superficie blanda se comporta de manera diferente cuando se encuentra con la superficie rugosa en lugar de cuando se retira. Una forma de pensar en la histéresis de adhesión es pensar en una pequeña pelota de goma. Presionar la pelota contra una superficie dura expande el área de contacto; soltar hará que el área se encoja nuevamente, pero no de una manera predecible, forma simétrica. Este descubrimiento marca el primer modelo de adhesión rugosa que puede predecir ambos.

La clave de este descubrimiento fundamental es una mirada de cerca a la superficie rugosa en sí, muy, muy cerca.

"La gente ha estado midiendo la rugosidad durante cien años, pero las técnicas convencionales no pueden ver el pequeño detalle, "dice Jacobs." Acercamos el zoom, combinando múltiples técnicas, para medir la rugosidad sobre la rugosidad sobre la rugosidad. La textura desciende a la escala atómica para muchas superficies ".

El grupo desarrolló un nuevo enfoque utilizando un microscopio electrónico para medir la rugosidad por debajo de la escala de un nanómetro. Una de las superficies de este estudio pareció mucho más suave que otras dos cuando se midió con técnicas convencionales; sin embargo, cuando se mide hasta la escala atómica, resultó ser el más duro de todos. Esta rugosidad a pequeña escala creó mucha más superficie para que el material blando se agarre. La comprensión detallada de la superficie rugosa era el eslabón perdido que explicaba el comportamiento de adherencia previsto de las superficies.

"Nuestra investigación respondió a una pregunta importante, pero en otro sentido, abrió una nueva línea de investigación, ", dice Jacobs." Hay muchas preguntas interesantes sobre lo que realmente significa que las superficies estén 'en contacto' y cómo vincular lo que está sucediendo a escala atómica con lo que observamos en tamaño completo, contactos del mundo real. Y estamos emocionados de seguir respondiéndoles ".