Permukaan yang menggenggam seperti kaki tokek dapat dengan mudah diproduksi secara massal – Sains Terkini

Mengapa tokek memanjat gedung pencakar langit? Karena itu bisa; jari-jari kakinya menempel tentang apa pun. Selama beberapa tahun, para insinyur telah mengetahui rahasia lengket tokek dan menirunya dalam potongan-potongan bahan karet yang berguna untuk mengambil dan melepaskan benda, tetapi produksi massal sederhana untuk penggunaan sehari-hari masih di luar jangkauan hingga sekarang.

Para peneliti di Institut Teknologi Georgia telah mengembangkan, dalam sebuah studi baru, metode pembuatan bahan perekat yang terinspirasi tokek yang jauh lebih hemat biaya daripada metode saat ini. Ini dapat memungkinkan produksi massal dan penyebaran strip pegangan serbaguna ke pabrik dan rumah.

Polimer dengan permukaan "adhesi tokek" dapat digunakan untuk membuat grippers yang sangat serbaguna untuk mengambil objek yang sangat berbeda bahkan pada jalur perakitan yang sama. Mereka dapat membuat gambar mudah tergantung dengan menempel gambar dan dinding pada saat yang bersamaan. Robot penyedot debu dengan adhesi tokek suatu hari nanti bisa merobohkan gedung-gedung tinggi untuk membersihkan fasad.

"Dengan perkecualian hal-hal seperti Teflon, itu akan melekat pada apa pun. Ini adalah keuntungan yang jelas dalam pembuatan karena kita tidak harus menyiapkan gripper untuk permukaan tertentu yang ingin kita angkat. Perekat yang terinspirasi tokek dapat mengangkat benda datar seperti kotak kemudian berbalik dan mengangkat benda melengkung seperti telur dan sayuran, "kata Michael Varenberg, peneliti utama studi dan asisten profesor di Sekolah Teknik Mekanik George W. Woodruff, Georgia Tech.

Grippers saat ini pada jalur perakitan, seperti klem, magnet, dan cangkir hisap, masing-masing dapat mengangkat benda dengan jangkauan terbatas. Grippers yang didasarkan pada permukaan yang terinspirasi tokek, yang kering dan tidak mengandung lem atau goo, dapat menggantikan banyak grippers atau hanya mengisi celah kemampuan yang ditinggalkan oleh mekanisme grip lainnya.

Menggambar pisau cukur

Adhesi berasal dari tonjolan beberapa ratus mikron yang sering terlihat seperti bagian pendek, dinding floppy yang berjalan sejajar satu sama lain di permukaan material. Cara kerjanya dengan meniru kaki tokek dijelaskan di bawah ini.

Hingga kini, cetakan telah menghasilkan dinding mesoscale ini dengan menuangkan bahan ke template, membiarkan campuran bereaksi dan diatur ke polimer yang fleksibel kemudian mengeluarkannya dari cetakan. Tetapi metode ini tidak nyaman.

"Teknik cetakan adalah proses yang mahal dan memakan waktu. Dan ada masalah dengan melepaskan bahan seperti tokek dari template, yang dapat mengganggu kualitas permukaan lampiran," kata Varenberg.

Metode baru para peneliti membentuk dinding-dinding itu dengan menuangkan bahan-bahan ke permukaan yang halus alih-alih cetakan, membiarkan sebagian polimer diatur kemudian mencelupkan barisan pisau cukur laboratorium ke dalamnya. Materi diatur sedikit lebih di sekitar pisau, yang kemudian ditarik keluar, meninggalkan lekukan skala mikron dikelilingi oleh dinding yang diinginkan.

Varenberg dan penulis pertama Jae-Kang Kim menerbitkan rincian metode baru mereka dalam jurnal Bahan & Antarmuka Terapan ACS pada 6 April 2020.

Lupakan kesempurnaan

Meskipun metode baru ini lebih mudah daripada mencetak, mengembangkannya membutuhkan waktu setahun untuk mencelupkan, menggambar, dan menyesuaikan kembali sambil mensurvei detail-detail rumit di bawah mikroskop elektron.

"Ada banyak parameter yang harus dikontrol: Viskositas dan suhu cairan; waktu, kecepatan, dan jarak penarikan pisau. Kami membutuhkan plastisitas yang cukup dari polimer pengaturan ke pisau untuk meregangkan dinding, dan tidak terlalu banyak kekakuan yang akan pimpin tembok untuk robek, "kata Varenberg.

Permukaan yang terinspirasi tokek memiliki topografi yang bagus pada skala mikron dan kadang-kadang bahkan pada skala nano, dan permukaan yang dibuat melalui cetakan biasanya yang paling tepat. Tetapi kesempurnaan seperti itu tidak perlu; bahan yang dibuat dengan metode baru melakukan pekerjaan dengan baik dan juga sangat kuat.

"Banyak peneliti yang mendemonstrasikan perlengkungan tokek harus melakukannya di ruang bersih dengan peralatan yang bersih. Sistem kami hanya berfungsi dalam pengaturan normal. Ini kuat dan sederhana, dan saya pikir itu memiliki potensi yang baik untuk digunakan di industri dan rumah," kata Varenberg, yang mempelajari permukaan di alam untuk meniru kualitas menguntungkan mereka dalam bahan buatan manusia.

Bulu tokek

Lihatlah kaki tokek. Ini memiliki tonjolan di jari-jari kakinya, dan ini telah membuat beberapa di masa lalu berpikir kaki mereka menempel dengan pengisapan atau semacam mencengkeram oleh kulit.

Tetapi mikroskop elektron mengungkapkan struktur yang lebih dalam – fibril kasar berbentuk spatula menjulur beberapa lusin mikron jauh dari punggungnya. Fibril melakukan kontak menyeluruh dengan permukaan ke skala nano sehingga daya tarik lemah antara atom di kedua sisi tampak bertambah besar untuk menciptakan daya rekat yang kuat secara keseluruhan.

Di tempat bulu, insinyur telah mengembangkan barisan bentuk yang mencakup bahan yang menghasilkan efek. Bentuk umum membuat permukaan material terlihat seperti bidang jamur yang beberapa ratus mikron; yang lain adalah deretan dinding pendek seperti yang ada dalam penelitian ini.

"Pola jamur menyentuh permukaan, dan mereka melekat langsung, tetapi melepaskan membutuhkan kekuatan yang berlaku yang dapat merugikan. Proyeksi berbentuk dinding membutuhkan gaya geser kecil seperti tarikan atau pegangan lembut untuk menghasilkan kepatuhan, tetapi itu mudah, dan melepaskan objek juga tidak rumit, "kata Varenberg.

Tim peneliti Varenberg menggunakan metode menggambar untuk membuat dinding dengan ruang berbentuk U di antaranya dan dinding dengan ruang berbentuk V di antaranya. Mereka bekerja dengan polyvinylsiloxane (PVS) dan polyurethane (PU). Bentuk-V yang dibuat dalam PVS bekerja paling baik, tetapi poliuretan adalah bahan yang lebih baik untuk industri, sehingga kelompok Vanenberg sekarang akan bekerja untuk mencapai pola mencengkeram bentuk-tokek di PU untuk kombinasi terbaik.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.