壁虎灵感防滑胶粘剂

该公司的工程师开发了一种新型的防滑胶粘剂加州大学伯克利分校这可能是迄今为止最接近的人造材料,可以模仿奇特的壁虎脚趾毛,这种微小的壁虎可以沿着垂直表面和天花板奔跑。

研究人员说,这种粘合剂有一天可能被用于安装一个可以爬墙的小机器人。

研究人员从壁虎脚趾上数以百万计的毛发中得到启示,在每平方厘米的材料上挤压4200万硬塑料微纤维,并施加不同的重量。他们发现,在一个光滑、干净、垂直的表面上,两平方厘米的合成粘合剂可以承载400克(0.88磅)。同时,胶粘剂很容易脱落,力小,无残留。

长期以来,科学家们一直对壁虎的反重力壮举感到惊叹,世界各地的许多研究团队都在研究复制壁虎的粘附力。加州大学伯克利分校(UC Berkeley)电子工程和计算机科学教授罗恩·费林(Ron feari)是开发这种新材料的研究团队的负责人,他指出,以前欧洲杯线上买球对类似壁虎的粘合剂的研究主要集中在粘合强度上。然而,他说,在开发一种实际上可以用于缩放垂直墙壁和天花板的材料时,附着和分离的方便性同样重要。

这种以壁虎为灵感的新型胶粘剂与迄今为止其他胶粘剂的不同之处在于,它具有方向性,只有当它沿着光滑的表面滑动时才会“粘附”,而不是当它被压下时。

“这种差异是至关重要的,因为如果你在垂直的表面上攀爬,你不能使用大量的能量压入表面来粘住,”费林说。“用力连接也需要用力分离。一只爬上山的壁虎可能每秒会连接和分离它的脚20次,所以如果它每一步都要努力把脚拉下来,它会很累的。”

这种微纤维由聚丙烯制成,长度为20微米,厚度为一张纸的五分之一,直径为0.6微米,直径为人类头发的百分之一。

该结构类似于该小组在2006年开发的微纤维阵列。然而,这种材料依靠摩擦力工作,需要施加一定的力才能粘住。对塑料衬底所做的改变使这种新材料的定向粘附能够在真正的垂直表面上工作。

“对壁虎来说,这种看似微妙的变化可能意味着生与死的区别,”费林说。只要有摩擦,壁虎就会从墙上或天花板上掉下来。有了方向性附着力,壁虎就可以防止自己掉下去,因为这种机制无需垂直于表面的外力就能工作。”

这项新研究发表在1月23日《英国皇家学会界面杂志》(Journal of The Royal Society Interface)网络版上的两篇论文中。费林在加州大学伯克利分校的研究小组成员包括机械工程研究生李钟浩(Jongho Lee)和电子工程和计算机科学研究生布赖恩·舒伯特(Bryan Schubert)。欧洲杯线上买球作者之一卡梅尔·马吉德(Carmel Majidi)曾在加州大学伯克利分校(UC Berkeley)攻读电气工程和计算机科学研究生,现在是普林斯顿大学(Princeton University)的博士后研欧洲杯线上买球究员。

俄勒冈州波特兰市刘易斯与克拉克学院(Lewis & Clark College)的生物学副教授凯拉·奥特姆(Kellar Autumn)说:“这是壁虎启发的粘合剂这一新领域的一个重要里程碑。”奥特姆被认为是美国壁虎运动方面的顶尖专家之一,但他并不是这项最新研究的合著者。“fear的粘合剂是由非常坚硬的塑料制成的ƒ{就像真正的壁虎蛋白ƒ{所以它摸起来不‘粘’。”而且,就像我们在真正的壁虎脚毛中发现的一样,fear的微纤维阵列只有在滑过表面时才具有粘性。这可能是第一个真正的壁虎录像带。”

由美国国家科学基金会(National Science Foundation)支持的一个纳米级跨学科研究团队由费林和他的同事组成,他们在2003年专门负责开发具有类似壁虎毛发功能的合成粘合剂。欧洲杯线上买球

2000年,恐惧与加州大学伯克利分校的生物学家罗伯特·富尔、刘易斯克拉克大学的Autumn以及斯坦福大学的工程师托马斯·肯尼合作,首次研究了壁虎粘附的秘密:分子间的范德华力在表面接近之前仍然很弱。两年后,这个团队的成员合成了壁虎毛发粘附的尖端,为壁虎脚毛粘附的范德华机制提供了首次直接实验验证。

不仅每只壁虎的脚趾上覆盖着数百万根细小的毛发,而且这些毛发的末端还进一步分裂成数十亿根纳米级的刮刀。当刮刀与表面接触时,范德华力起作用。

作为加州大学伯克利分校社会利益信息技术研究中心的一员,费林说,这种新材料也是“智能粘合剂”的一个例子,使用后变得更加坚固。“随着重量的增加,更多的微纤维会自动弯曲和啮合。当负载被移除时,微纤维就会脱离。这允许受控的连接和分离,是清洁发布和重用的关键创新。这是首次用硬微纤维阵列证明这一点。”

使用硬聚合物的另一个好处是,在反复使用后,纤维比软塑料更不容易收集灰尘。

到目前为止,这种新型粘合剂只能在光滑干净的表面上使用。费林说,下一步是开发一种也能粘附在粗糙表面的自清洁材料。

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