¿Por qué el gecko subió al rascacielos? Porque podría; sus dedos de los pies se adhieren a cualquier cosa. Durante algunos años, Los ingenieros han conocido los secretos de la pegajosidad de los geckos y los han emulado en tiras de materiales gomosos útiles para levantar y soltar objetos. pero la producción en masa simple para el uso diario ha estado fuera de su alcance hasta ahora.

Los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han desarrollado, en un nuevo estudio, un método para fabricar materiales adhesivos inspirados en los gecos que es mucho más rentable que los métodos actuales. Podría permitir la producción en masa y la difusión de las tiras de sujeción versátiles a la fabricación y los hogares.

Los polímeros con superficies de "adherencia gecko" podrían usarse para hacer pinzas extremadamente versátiles para recoger objetos muy diferentes incluso en la misma línea de ensamblaje. Podrían colgar cuadros fácilmente adhiriéndolos al cuadro y a la pared al mismo tiempo. Los robots aspiradores con adherencia gecko algún día podrían arrastrar edificios altos para limpiar fachadas.

"Con la excepción de cosas como el teflón, se adherirá a cualquier cosa. Esta es una clara ventaja en la fabricación porque no tenemos que preparar la pinza para superficies específicas que queremos levantar. Los adhesivos inspirados en los gecos pueden levantar objetos planos como cajas y luego dar la vuelta y levantar objetos curvos como huevos y verduras. "dijo Michael Varenberg, investigador principal del estudio y profesor asistente en la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff de Georgia Tech.

Pinzas actuales en líneas de montaje, como abrazaderas, imanes y ventosas, cada uno puede levantar rangos limitados de objetos. Pinzas basadas en superficies inspiradas en lagartijas, que estén secos y no contengan pegamento ni sustancia pegajosa, podría reemplazar muchas pinzas o simplemente llenar los huecos de capacidad que dejan otros mecanismos de sujeción.

Sacar navajas

La adhesión proviene de protuberancias de unos cientos de micrones de tamaño que a menudo parecen secciones de paredes flexibles que corren paralelas entre sí a través de la superficie del material. A continuación se explica cómo funcionan imitando los pies de los geckos.

Hasta ahora, La moldura ha producido estas paredes de mesoescala vertiendo ingredientes en una plantilla, dejar que la mezcla reaccione y se solidifique en un polímero flexible y luego se retire del molde. Pero el método es inconveniente.

"Las técnicas de moldeo son procesos costosos y que requieren mucho tiempo. Y hay problemas para lograr que el material similar a un gecko se libere de la plantilla, que pueden alterar la calidad de la superficie de fijación, "Dijo Varenberg.

El nuevo método de los investigadores formó esas paredes vertiendo ingredientes sobre una superficie lisa en lugar de un molde, dejando que el polímero fragüe parcialmente y luego sumergiendo filas de hojas de afeitar de laboratorio en él. El material se fijó un poco más alrededor de las cuchillas, que luego fueron sacados, dejando atrás muescas de escala micrométrica rodeadas por las paredes deseadas.

Varenberg y el primer autor Jae-Kang Kim publicaron detalles de su nuevo método en la revista. Interfaces y materiales aplicados ACS el 6 de abril 2020.

Olvídate de la perfección

Aunque el nuevo método es más fácil que moldear, desarrollarlo tomó un año de inmersión, dibujo, y reajustar mientras se examinan detalles delicados con un microscopio electrónico.

"Hay muchos parámetros para controlar:viscosidad y temperatura del líquido; tiempo, velocidad, y distancia de retirada de las palas. Necesitábamos suficiente plasticidad del polímero de fraguado en las palas para estirar las paredes, y no tanta rigidez que haga que las paredes se rompan, "Dijo Varenberg.

Las superficies inspiradas en los gecos tienen una topografía fina en una escala de micrones y, a veces, incluso en una nanoescala, y las superficies realizadas mediante moldeo suelen ser las más precisas. Pero tal perfección es innecesaria; los materiales fabricados con el nuevo método hicieron bien su trabajo y también fueron notablemente robustos.

"Muchos investigadores que demuestran la adhesión del gecko tienen que hacerlo en una sala limpia con equipo limpio. Nuestro sistema simplemente funciona en entornos normales. Es robusto y simple, y creo que tiene un buen potencial para su uso en la industria y los hogares, "dijo Varenberg, que estudia superficies en la naturaleza para imitar sus cualidades ventajosas en materiales hechos por humanos.

Pelusa de pie de gecko

Mira el pie del gecko. Tiene crestas en los dedos de los pies, y esto ha llevado a algunos en el pasado a pensar que sus pies se pegan por succión o algún tipo de agarre por la piel.

Pero los microscopios electrónicos revelan una estructura más profunda:las fibrillas erizadas en forma de espátula sobresalen unas pocas docenas de micrones de largo de esas crestas. Las fibrillas hacen un contacto tan completo con superficies hasta la nanoescala que las atracciones débiles entre los átomos en ambos lados parecen sumarse enormemente para crear una fuerte adhesión general.

En lugar de pelusa, Los ingenieros han desarrollado filas de formas que cubren los materiales que producen el efecto. Una forma común hace que la superficie de un material parezca un campo de hongos que tienen un tamaño de unos cientos de micrones; otro son filas de paredes cortas como las de este estudio.

"Los patrones de los hongos tocan una superficie, y se adjuntan enseguida, pero la separación requiere la aplicación de fuerzas que pueden ser desventajosas. Las proyecciones en forma de pared requieren una fuerza cortante menor, como un tirón o un agarre suave, para generar adherencia. pero eso es facil y soltar el objeto es sencillo, también, "Dijo Varenberg.

El equipo de investigación de Varenberg utilizó el método de dibujo para hacer paredes con espacios en forma de U entre ellos y paredes con espacios en forma de V entre ellos. Trabajaron con polivinilsiloxano (PVS) y poliuretano (PU). La forma de V hecha en PVS funcionó mejor, pero el poliuretano es el mejor material para la industria, por lo que el grupo de Vanenberg ahora trabajará para lograr el patrón de agarre de gecko en forma de V en PU para la mejor combinación posible.