Un nuevo tipo de "piel" sintética aplicada a un material elástico para deletrear la palabra "SLIP". Crédito:laboratorio Ding
Un equipo de investigación dirigido por CU Boulder ha diseñado un nuevo tipo de "piel" sintética tan resbaladiza como las escamas de una serpiente.
La investigación, publicado recientemente en la revista American Chemical Society Materiales e interfaces aplicados , aborda un problema subestimado en ingeniería:la fricción.
Yifu Ding, autor principal del nuevo artículo, explicó que todos los días, las máquinas, desde robots hasta automóviles, pierden enormes cantidades de energía simplemente porque sus partes se rozan. Para tratar de reducir esa pérdida, él y sus colegas se inspiraron en la naturaleza, específicamente, sus miembros más escurridizos.
"El cuerpo de una serpiente es lo suficientemente suave como para poder girar en todo tipo de formas, "dijo Ding, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica Paul M. Rady. "También puede moverse muy rápido si es necesario, en parte porque su piel tiene una fricción tan baja ".
En su último estudio, los investigadores desarrollaron una herramienta llamada polimerización interfacial sólido-líquido (SLIP) que les permite colocar una capa delgada de piel sobre superficies existentes como caucho o materiales elásticos llamados elastómeros. Esa capa se parece mucho a las escamas de una serpiente y puede convertir una superficie pegajosa en un peligro de resbalón.
La tecnología podría ser de gran ayuda para las máquinas que luchan contra la fricción pero no pueden tolerar mojarse.
"Hay muchas aplicaciones de ingeniería nuevas, como robots blandos o sensores portátiles, donde no puede usar estos lubricantes líquidos tradicionales, "Dijo Ding." Más bien, tienes que modificar la propia superficie ".
Eso ahora es posible gracias a la tan odiada serpiente.
Escamas de serpiente vistas de cerca. Crédito:Pixabay
¿Qué hay en una báscula?
Serpientes desde serpientes de liga rayadas hasta serpientes de vid de color verde brillante, deben mucho de su éxito a sus escalas. Si coloca una de estas pequeñas estructuras bajo un microscopio, notará que están formados por muchas capas de tejido apiladas una encima de la otra.
"La capa superior es como queratina, de qué están hechas nuestras uñas, "Ding dijo." Es muy quebradizo y rígido. Luego, la escala cambia gradualmente a un material mucho más suave debajo ".
Esa combinación de duro sobre blando le da a las serpientes su ventaja, ayudándoles a mantener baja la fricción sin dejar de ser flexibles. También es la característica que Ding y sus colegas querían replicar en el laboratorio.
El grupo comenzó con una base hecha de polidimetilsiloxano (PDMS), un material elástico común en muchas tecnologías médicas. Luego, los investigadores utilizaron la técnica SLIP para colocar un delgado capa de material sintético en forma de escamas sobre esa base.
El método, Ding explicó, funciona mezclando pequeñas moléculas en una película de líquido, luego, usando la luz para que se salgan de la suspensión, un poco como los guisantes que se hunden en el fondo de un plato de sopa. Una vez ahí, esos bloques de construcción se infiltran en el PDMS y forman una capa de piel híbrida.
Esto da como resultado el equivalente de laboratorio de las botas de piel de serpiente.
"Nada se pega a eso, "Ding dijo." Puedes tocarlo, y tu dedo se resbalará ".
"Piel" sintética inspirada en la piel de serpiente vista bajo el microscopio. Crédito:laboratorio Ding
Resbalones y deslizamientos
Para demostrar cuán parecido a una serpiente es su invento, él y sus colegas, incluido Mengyuan Wang, quien recientemente obtuvo su Ph.D. de CU Boulder — ejecutó una serie de pruebas aparentemente simples. El grupo asignó pesos tanto al PDMS híbrido como al normal, luego colóquelos en varias superficies inclinadas.
El PDMS tratado con piel de serpiente del equipo se deslizó incluso por pendientes leves, Wang dijo:mientras que el material simple no se movió.
"PDMS es muy pegajoso, ", Dijo Wang." Incluso cuando lo volteas por completo, todavía se adherirá a las superficies ".
La piel de serpiente del equipo tiene niveles de fricción similares a muchos materiales cerámicos y metales brillantes. el grupo encontró. Ding agregó que el método SLIP es lo suficientemente ágil como para colocar esta piel en cualquier patrón, incluso en formas que deletrean palabras.
El grupo todavía tiene mucho trabajo por delante antes de que pueda comenzar a aplicar su superficie resbaladiza a las articulaciones de robots reales. Pero la investigación es otra razón más para agradecer a una serpiente amigable.
"Cuando diseñamos nuevos materiales, no siempre sabemos qué tipo de estructura hacer, "Ding dijo." Pero si hay un ejemplo en la naturaleza, ya está probado que puede funcionar, así que podemos simplemente imitar eso ".
