La estructura especial de las patas de los saltamontes inspiró a los científicos de la Universidad de Kiel para un sistema de adhesión artificial que funciona en diferentes superficies. Crédito:Stanislav Gorb
En su vida diaria los insectos a menudo tienen que enfrentarse a superficies rugosas y lisas, así como a superficies pegajosas. Logran un agarre firme a través de ganchos especiales o pequeños pelos en sus pies. Si bien estos diferentes requisitos no son un problema para muchos insectos, las aplicaciones técnicas son menos flexibles. Por lo general, se desarrollan específicamente para una aplicación en particular, como neumáticos de verano o de invierno, por ejemplo, y no pueden adaptarse a diferentes superficies. Inspirado en la estructura especial de los pies de saltamontes, Un equipo de investigación interdisciplinario de la Universidad de Kiel (CAU) ha desarrollado un sistema de fricción artificial que funciona en una amplia variedad de superficies. Su combinación de una membrana de silicona suave, relleno de granulado de grano fino, se adapta a casi cualquier superficie y crea un agarre firme bajo una ligera presión. El método de producción simple también permite aplicaciones industriales, según lo informado por el equipo de investigación en el número actual de la revista científica Interfaces de materiales avanzados .
Cambio entre propiedades de materiales duros y blandos
Un agarre firme requiere una buena superficie de contacto, así como una transmisión de fuerza estable al mismo tiempo. "Para adherirse a diferentes superficies, debemos cambiar entre el comportamiento de materiales duros y blandos, que en realidad es una contradicción en términos, "explicó Stanislav Gorb, Catedrático de Morfología Funcional y Biomecánica de la CAU. Mientras que los materiales blandos permiten una gran área de contacto con la amplia variedad de texturas superficiales, los materiales duros permiten una transmisión óptima de la fuerza. Por lo tanto, el experto en biónica y su equipo buscaron una forma de cambiar entre las dos propiedades del material. Además, querían una solución simple y económica de producir, por lo que también se puede utilizar para aplicaciones industriales.
Se inspiraron en los pies especiales de los saltamontes, que se caracterizan por pequeños, apéndices en forma de cojín. En investigaciones anteriores, Gorb y su equipo pudieron demostrar que estos cojines están revestidos con una película similar a la goma, que proporciona un buen contacto de fricción y adhesivo con la superficie. Por otra parte, el interior de los cojines está formado por fibras especialmente estables que pueden transmitir una gran fuerza. La recreación de una estructura fibrilar de este tipo llevaría demasiado tiempo y sería demasiado costosa para aplicaciones industriales. sin embargo.
Inspirado en los pies de saltamontes:La membrana elástica del sistema adhesivo desarrollado en CAU se adapta bien a superficies irregulares. Si se le aplica una ligera presión en el segundo paso, las partículas granulares del interior se acercan entre sí. Esto aumenta la rigidez de todo el material y no se puede mover del lugar. Crédito:Halvor Tramsen
Ahora, el equipo de investigación de Kiel ha demostrado un efecto similar para el granulado, es decir, un material de grano fino. Para hacerlo utilizaron un principio de la llamada "transición de interferencia". "Ya sabes que del café envasado al vacío:el café en polvo se comprime y forma una masa densa, tan duro como una roca. Cuando el paquete se abre por primera vez, el polvo se afloja, y por lo tanto se comporta de manera muy diferente, como un fluido, "describió Halvor Tramsen, quien junto con Lars Heepe es uno de los físicos del equipo de investigación.
Fuerzas de fricción elevadas sobre superficies lisas superficies estructuradas y sucias
Cubrieron el granulado con una cubierta de membrana flexible y probaron las propiedades de fricción de su "cojín granular" GMFP (almohadilla de fricción granular media) en una superficie lisa, Superficies estructuradas y sucias. Gracias a la membrana suave y elástica, el cojín se adhiere perfectamente a las distintas superficies. Luego, los científicos ejercieron presión sobre el cojín, que compacta el granulado en el interior, y solidificó todo el cojín. Esta rigidez y la gran área de contacto con la superficie generan juntas altas fuerzas de fricción a través de las cuales el cojín ya no se puede mover. El cojín mostró una fricción igualmente alta en los tres tipos de superficies de prueba.
La cubierta flexible se adapta incluso a superficies rugosas para que la almohadilla de silicona no se pueda mover, incluso bajo mucha presión. Crédito:Siekmann, CAU
Un modelo desarrollado por el profesor Alexander Filippov ilustra cómo funciona el principio de fricción del cojín granulado en otras superficies, físico teórico y becario de investigación Georg Forster en el grupo de trabajo de Kiel. Su modelo numérico también permitió probar la interacción del granulado y la membrana para otros materiales y tamaños de partículas.
"En nuestro prototipo, Usamos silicona elástica para la cubierta y la llenamos con posos de café secos, "explicó Gorb. Debido a su tamaño y su forma rugosa, estas partículas se enredan entre sí muy fácilmente, y el efecto de transición de interferencia, es decir, el cambio entre las propiedades de materiales duros y blandos, funciona particularmente bien. En principio, Ciertamente, es concebible utilizar también posos de café secos para aplicaciones industriales con beneficios de reciclaje. Después de todo, este residuo de café está fácilmente disponible, libre de contaminantes y barato, dijo Gorb. Ya está prevista la investigación de otros materiales granulares y superficies membranosas.
