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Ein künstlicher Klebstoff übertrifft den Gecko
Vergiss Spider-Man und triff Geckoman. Forscher der Stanford University haben ein von Geckos inspiriertes menschliches Klettersystem entwickelt, das es einem Doktoranden ermöglichte, eine Glaswand mit zwei handgroßen Klebepads zu erklimmen.
Ein Doktorand klettert mit den Gecko-Greifern.
Die Forscher, angeführt von Ingenieur Markus Cutkosky , hoffen auch, die Klebstoffe in Produktionsanlagen verwenden zu können, um Greifer für die Handhabung riesiger Solarmodule, Displays und anderer Objekte herzustellen, ohne dass Saugkraft oder chemische Klebstoffe erforderlich sind. Das Team arbeitet auch mit dem Jet Propulsion Laboratory der NASA zusammen, um den Klebstoff für die Verwendung durch Roboter anzupassen.
Gecko-Zehen sind unglaublich klebrig, weil sie mit Gruppen langer, dünner spachtelförmiger Strukturen bedeckt sind, die Setae genannt werden, die die Oberfläche vergrößern und schwache elektrische Anziehungskräfte zwischen den Zehen und einer Oberfläche verstärken. Geckofüße haften gut, werden aber leicht gelöst, wenn das Tier sein Gewicht verlagert; und natürlich können sie im Gegensatz zu den meisten künstlichen Klebebändern immer wieder haften.
Forscher haben verschiedene künstliche Klebstoffe hergestellt, die auf die gleiche Weise funktionieren, indem sie Ansammlungen von Kohlenstoffnanoröhren oder mikroskalige Keile aus geformtem Gummi verwenden, um die große Oberfläche der Setae auf Geckofüßen nachzuahmen. Aber diese Mechanismen haben nur bei kleinen Gewichten gut funktioniert.
Das Tragen größerer Gewichte erfordert Materialien mit größerer Oberfläche. Mit früheren Materialien würde ein 70 Kilogramm schwerer Mensch Geckofuß-ähnliche Polster benötigen, die zehnmal größer sind als eine normale menschliche Hand, um eine Wand zu erklimmen. Das Anhaften von Scaling-Geckos ist eine Herausforderung, sagt Cutkosky.
In diesem Sommer hat die United States Defense Advanced Research Projects Agency ( DARPA ) angekündigt dass es ist Z-Man hatte zum ersten Mal ein auf Gecko-Klebstoff basierendes Klettersystem hergestellt, das es einer Person ermöglichte, eine Wand zu erklimmen. Obwohl die DARPA keine Einzelheiten dazu lieferte, wie dies bewerkstelligt wurde, hat die Stanford-Gruppe, die an der Z-Man-Arbeit beteiligt war, eine ähnliche Demonstration mit ihrem eigenen Klebesystem durchgeführt. Die Arbeit wird in Forschungsarbeiten beschrieben, die heute in veröffentlicht wurden Zeitschrift der Royal Society Interface .
Um das Klettersystem herzustellen, begannen die Forscher mit einem bestehenden Klebstoff, der auf geformten Mikrokeilen aus einem Polymermaterial namens PDMS basiert. Sie befestigten Kacheln aus diesem Material an einem flachen, sechseckigen, handgroßen Greifer. Jeder Greifer war mit einer Feder unterstützt, die das Gewicht über das Pad verteilte und einen Teil der beim Klettern auftretenden Kraft absorbierte. Um das Klettern zu erleichtern, verbanden die Forscher die Greifer auch mit einer Plattform für die Füße einer Person und verlagerten so die Arbeit des Kletterns auf die Beine.
Jeffrey Karp , ein Bioingenieur am Brigham and Women’s Hospital in Boston, stellt fest, dass die Testsituation eine sehr glatte, saubere und flache Oberfläche beinhaltete. Karp, Mitbegründer einer Firma namens Gecko Biomedical Um einen bioinspirierten chirurgischen Klebstoff zu kommerzialisieren, müssen die Stanford-Forscher zeigen, dass ihr System in weniger idealen Umgebungen funktioniert. In der realen Welt ist ein Klettersystem Feuchtigkeit, Regen, Pollen, Staub und anderen Verunreinigungen ausgesetzt, stellt er fest.
Die Stanford-Gruppe hofft, den Klebstoff unter besonders extremen Bedingungen testen zu können. Diesen Monat haben sie es mit der NASA in einem Schwerelosigkeitsflugzeug getestet und festgestellt, dass es immer noch funktioniert.