Сайт о роботах

Геккон и мидия объединили техники приклеивания » Роботы подобные животным


Ходить по стенам возможно. А ходить по стенам под водой невозможно. Этот факт долгое время удручал научный мир. Но, к счастью, теперь стало известно, что нужно для хождения по подводным стенам. Это стало реальностью благодаря тому, по чему у всех нас так страдает душа — нанотехнологиям. А также благодаря странной парочке – мидии и геккону.
Навигация
Самые интересные статьи
Создан роботизированный хобот
Создан роботизированный хобот
Немецкая компания Festo разработала устройство, напоминающее хобот слона. Bionic Handling Assistant (так называется разработка) позволяет легко брать предметы и...

Обратите внимание Будьте в курсе событий.

Геккон и мидия объединили техники приклеивания



Геккон и мидия, висящая на своих клеевых ниточках, подсказали решение давней проблемы. И, может быть, даже приблизили чью-то мечту (фото H. Lee, W. Lim, A.J. Kane).
Геккон и мидия, висящая на своих клеевых ниточках, подсказали решение давней проблемы. И, может быть, даже приблизили чью-то мечту (фото H. Lee, W. Lim, A.J. Kane).


Ходить по стенам возможно. А ходить по стенам под водой невозможно. Этот факт долгое время удручал научный мир. Но, к счастью, теперь стало известно, что нужно для хождения по подводным стенам. Это стало реальностью благодаря тому, по чему у всех нас так страдает душа — нанотехнологиям. А также благодаря странной парочке – мидии и геккону.

Гекконы — ящерицы, которые населяют Землю больше 50 миллионов лет. За то время, пока они её так усиленно и терпеливо населяли, гекконы заодно развили у себя удивительные умения, которым по-тихому завидуют все другие пресмыкающиеся.

Представителей семейства гекконовых называют также цепкопалыми, и не просто так. Эти крошечные существа умеют бегать по гладким стенам ничуть не хуже, чем по горизонтальным поверхностям.

Слева — электронный снимок поверхности, сделанной Мессерсмитом и коллегами. Справа, как вы догадались, — структура 3,4-дигидрокси-л-фенилаланина — "липкой" молекулы. По весу этот вещество составляет 17% веса нового материала (фото и иллюстрация Haeshin Lee, Bruce P. Lee, Phillip B. Messersmith)

Слева — электронный снимок поверхности, сделанной Мессерсмитом и коллегами. Справа, как вы догадались, — структура 3,4-дигидрокси-л-фенилаланина — "липкой" молекулы. По весу этот вещество составляет 17% веса нового материала (фото и иллюстрация Haeshin Lee, Bruce P. Lee, Phillip B. Messersmith)

Но учёных не проведёшь даже самыми цепкими пальцами, и эти дотошные ребята нацелили на пятки гекконов свои микроскопы. Оказалось, что на ногах у этих ящерок есть крошечные волоски, каждый из которых плотно присоединяется к поверхности за счёт молекулярных связей. А в результате суммарного эффекта множества таких волосков геккон легко может удержаться на любой вертикальной поверхности, благо зверушка невелика.

Кстати, точно такой же механизм держит мух на потолке, тоже довольно лёгких.

С помощью современных технологий это свойство не очень сложно сымитировать. Кто-то даже сделал робота, который без проблем карабкается по стеклу.

Дар геккона и талант мидий в одном журнале за прежнюю цену! (иллюстрация с сайта nature.com).

Дар геккона и талант мидий в одном журнале за прежнюю цену! (иллюстрация с сайта nature.com).
Вот только у геккона и его технологических имитаций есть один большой недостаток. Если поместить такого ящера в воду — ну, не всего, а хотя бы его лапы, — то в такой среде они сразу перестанут "работать", то есть почти ни к чему не будут прилипать.

Это кстати, типичная проблема практически при любом приклеивании. Если вы пытались приклеить пластырь на мокрую кожу, то, конечно, понимаете, о чём речь. Если не понимаете, то попытайтесь: по времени это увлекательное занятие может заменить перекур, а то и целый обеденный перерыв!

Из-за этой беды многие светлые умы потеряли не один обед и не один ужин и долго не знали, у кого просить помощи. К счастью, доктор Филипп Мессерсмит (Phillip B. Messersmith), материаловед из Северо-западного университета (Northwestern University), обратился за поддержкой к мидиям, чем и спас многих коллег от недоедания и недосыпа. Он вовремя вспомнил, что мидии производят уникальный натуральный суперклей.

Такие моллюски выделяют особое вещество, которым жёстко прикрепляются к любым поверхностям под водой. Это могло бы пригодиться при создании каких-нибудь "техноног", шагающих по мокрым поверхностям. Но и тут, как назло, есть трудность.

На этой замысловатой, но вроде бы понятной схеме исследователи показали, что и как они сделали (иллюстрация Haeshin Lee, Bruce P. Lee & Phillip B. Messersmith)

На этой замысловатой, но вроде бы понятной схеме исследователи показали, что и как они сделали (иллюстрация Haeshin Lee, Bruce P. Lee & Phillip B. Messersmith)

Этот мидиевый клей фиксирует поверхности очень крепко, поэтому с такими липкими подошвами под водой не очень-то побегаешь. Можно было бы воспользоваться компромиссным вариантом и взять какое-нибудь менее липкое вещество, ведь химиками создано много подобных разработок.

Однако все они страдают существенным недостатком: такие вещества, как правило, выдерживают немного циклов отклеивания-приклеивания. Так что с такими клеями побегать можно — но недолго.

На снимке Филипп Мессерсмит жертвует науке свой бизнес-ланч из моллюсков (фото с сайта biomaterials.bme.northwestern.edu).

На снимке Филипп Мессерсмит жертвует науке свой бизнес-ланч из моллюсков (фото с сайта biomaterials.bme.northwestern.edu).
Тогда Мессерсмит решил заодно заручиться и поддержкой гекконов, которые по суше бегают без проблем. "Я подумал: "А что, если соединить белок этого клея со "стратегией" бега геккона? Наверное, получится что-то интересное и полезное!" — вспоминает Мессерсмит.

Подумал. Собрал команду коллег. Сделал что хотел. И отчитался об успехах в журнале Nature.

Для своей разработки Мессерсмит изготовил матрицу из крошечный кремниевых "колонн" толщиной 400 нанометров, высотой 600 нанометров и разместил её на крошечном кусочке гибкой ленты. Получился скотч, идею которого, учёный, как легко догадаться, взял у гекконов.

А после исследователи покрыли эти столбики слоем белка, отвечающего за клеящие характеристики того самого вещества мидий. Насколько же эффективно это изобретение?

Согласно результатам экспериментов, вполне. В частности, приклеивание в сухих условиях не стало хуже, а под водой оно оказалось в 15 раз сильнее, чем у аналогичных моделей. Также сообщается, что разработка может выдержать более тысячи приклеиваний-отклеиваний, что не так много, но уже очень большое достижение.

Здесь показано приклеивание-отклеивание с участием шести нанонитей geckel (анимация Haeshin Lee, Bruce P. Lee & Phillip B. Messersmith).

Здесь показано приклеивание-отклеивание с участием шести нанонитей geckel (анимация Haeshin Lee, Bruce P. Lee & Phillip B. Messersmith).
Кстати, "приклеенное состояние" длится недолго, что позволяет предметам быстро прикрепляться к поверхности и открепляться от неё.

Этому гибридному материалу Мессерсмит дал название geckel — от английских слов gecko — "геккон" и mussel — "мидия".

Мессерсмит уверен в том, что geckel найдёт применение в самых разных областях — от лёгкой промышленности до военной. По его мнению, материал особенно пригодится в медицине при создании механических средств типа пластырей.

Специалисты предполагают, что geckel после дальнейших усовершенствований будет очень успешным и с коммерческой точки зрения. Но купить его в магазине пока что нельзя.

Источник: MEMBRANA

Быстроногий робот ящерицей бегает по воде

Быстроногий робот ящерицей бегает по воде
  • Сходу трудно догадаться, что перед нами. Это нога робота, способного бегать по воде. Запаса плавучести у машинки нет никакого, зато она может с силой ...
  • НАЗАД
    Мозг крысы робособаки AIBO решает классические задачи

    Мозг крысы робособаки AIBO решает классические задачи
  • Вайтценфельд составил функциональную модель сети 'клеток места' нейронов в гиппокампе мозга крысы, отвечающих за запоминание топографических примет ...
  • ВПЕРЁД