Gekkoer er direkte inspirerende. Disse krybdyr er ikke kun søde, farverige og dygtige til at sælge bilforsikring - men deres superklæbrighed har forvirret mennesker i årtusinder. Takket være klæbende fødder og en skarp manipulering af molekylære bindinger er gekkoer i stand til at klatre lodrette vægge let og kan endda hænge på hovedet fra overflader. Nu har deres klæbrige lemmer inspireret en ny enhed, der kan hjælpe (mennesker? Robotter? Vil gerne have et substantiv her) med at hente og slippe tingene med lyset.
Relateret indhold
- Nu kan en person krumme op ad en mur ligesom en gekko
- Gekkoer kan kontrollere bevægelsen af deres tåhår
- Hvorfor gekkoer ikke glider våde Jungle Leaves eller hotellofter
Geckoføddernes vidunderlige kræfter har mystificeret forskere indtil for ca. 15 år siden. Det var, da forskerne fandt ud af, at disse dyr udnyttede den relativt svage Van der Waals-styrke til at klæbe sig til overflader og fjerne sig selv med lethed. I modsætning til en stærkere magnetisk kraft er Van der Waals-kraften resultatet af ubalance i ladninger mellem forskellige molekyler, hvilket skaber en løs attraktion. Ved at bruge millioner af småhårede hår på deres fødder - som hver især kan orientere sig i en bestemt retning og blive tiltrukket af Van der Waals-styrken - kan gekkoer skabe en kraftig, men også reversibel klæbekraft.
For fem år siden brugte Kiel University zoolog Stanislav Gorb indsigt i geckohår til at skabe et silikonebånd så stærkt, at et 64 kvadratmeter stort stykke let kunne holde en voksen i fuld størrelse hængende fra et loft. I modsætning til almindeligt bånd kan det også fjernes og genmonteres flere gange uden at miste klæbrigheden. I slutningen af 2015 hjalp Gorb's arbejde med at føre til kommercialisering af "gekko-bånd." Selvom produktet hidtil har fundet begrænset anvendelse, kan det findes i et mærke canadiske ridebukser for at hjælpe ryttere med at blive i deres sadler, og har fundet en entusiastisk investor i PayPal-grundlægger Peter Thiel.
Men at finde ud af, hvad der gjorde, at geckofødder, så klæbrige, kun løste halvdelen af problemet.
"Dyr hænger ikke kun fast, men de [løsnes] også ved hjælp af disse klæbende strukturer, " siger Emre Kizilkan, ph.d. studerende studerer materialeteknik ved Kiel University. Alt, hvad gekkoer skal gøre, er at vinkle deres fod eller endda bare hårene selv forskelligt, og foden løfter fx væk. Arbejdende under Gorb ønskede Kizilkan at erstatte de muskelbevægelser, der bruges af gekkoer til at kontrollere deres klæbrighed med en slags "switch", som mennesker let kunne udnytte. Hendes løsning: Lys.
Når alt kommer til alt er lys en fri, ren energikilde, der let kan styres på afstand. Dette gør det "meget velegnet til præcis mikromanipulation, " siger Kizilkan.
Ved hjælp af det allerede kommercielt tilgængelige gekko-bånd fastgjorde Kizilkan båndet til en film af flydende krystallinske elastomerer - et stof lavet af polymerkæder, der forlænges, når de udsættes for ultraviolet lys. Forlængelsen trækker de kunstige geckobåndhår til en position, hvor de mister deres tiltrækning. Båndet løsner sig derefter fra hvad det nu klæbte sig til, ifølge en artikel, der blev offentliggjort i sidste uge i tidsskriftet Science Robotics .
Når den udsættes for UV-lys, formes den molekylære struktur, der bruges i forskernes enhed, sig selv, og bækker geckobåndet af det vedhæftede emne. (Emre Kizilkan og Jan Strueben / Science Robotics) I videoer, der blev oprettet af forskerne, kunne deres "bioinspirerede fotokontrollerbare mikrostrukturerede transportenhed" (BIPMTD) opsamle glasplader og endda reagensglas og let fælde dem, efter at et UV-lys skinnede på det.
"Dette materiale kan gøre to ting sammen, " siger Kizilkan: både klæber og frigør. Han ser for sig, at lysaktiveret gekko-tape er en velsignelse for delikat laboratoriearbejde, industriel fremstilling og muligvis endda for robotter til transport af materialer. Som blot et eksempel kunne det bruges til at transportere giftige kemikalier i et reagensglas og droppe dem sikkert i et andet område uden menneskelige hænder involveret. Eller det kan give nogen mulighed for at skalere en væg med kun gekko-bånd og et lys. Redningsrobotter kunne en dag bruge teknologien til at klatre ind i beskadigede bygninger og redde mennesker.
Medarbejder Anne Staubitz, en biokemiker ved University of Bremen, håber at arbejde fremover med at ændre BIPMTD til at bruge længere, mindre ødelæggende bølgelængder af lys, og forhåbentlig gå videre med at udvikle et produkt i de næste par år.
Stanford University ingeniørforsker Mark Cutkosky, der ikke var involveret i denne forskning, minder om at se gecko-inspireret vedhæftning styret af magnetiske, elektrostatiske og andre kræfter, men dette er den første brug af lys, han har set. Mens han kan lide at se den nye udvikling og de potentialer, den bringer, siger Cutkosky, at han gerne vil se flere test af BIPMTD's holdbarhed, og hvor godt det kan skalere op til de store kræfter og vægte, der ville blive brugt i robotik og fremstilling.
Aaron Parness, en NASA Jet Propulsion Laboratory-robotikforsker, har hjulpet med at designe gecko-inspireret gribeteknologi, som astronauter kunne bruge til at montere sensorer og gå over rumfartøjer uden klodsede seler. Parness er enig med Cutkosky om de udfordringer, som BIPMTD har brug for at overvinde.
”For ti år siden troede vi alle, at det at fremstille det gekko-inspirerede materiale var den største udfordring - og det var en meget stor udfordring - men i de sidste par år er det blevet klart, at de mekanismer, vi bruger til at drage fordel af den gekko-inspirerede materialers egenskaber er også en meget stor udfordring, ”siger Parness, der ikke var involveret i denne forskning. "Det er et andet system, hvor vi kan realisere det store potentiale i de gecko-inspirerede klæbemidler."
