Clingfish биологии вдохновляет лучше присоске

Команда инженеров и морские биологи построили лучше присоске вдохновленный механизмом, который позволяет clingfish придерживаться обе гладкие и шероховатые поверхности, такие как камни в области, где прилив приходит и уходит.

Исследователи реконструировали в clingfish всасывания диска и разработала устройства, которые хорошо цепляются за мокрый и сухой объекты в воде. Устройства могут вместить до сотни раз превышает их собственный вес. Они могут быть использованы в широком диапазоне применений от обработки и упаковки продукции, для роботов захваты в производство, на восстановление археологических артефактов.

В Университете Калифорнии в Сан-Диего представляет свои выводы в последнем выпуске журнала Bioinspiration и Biomimetics.

Главная цель проекта состояла в разработке новых технологий, способных обеспечить тонкий сцепление обрабатывать хрупкие предметы. В исследовании подчеркивается важность биомимикрии, которая позволяет ученым в различных областях от инженерии до биологии, чтобы работать вместе и взять вдохновение от природы для разработки новых технологий.

«Я всегда был очарован природой, и, в частности, замысловатые и откровенные увлекательные проекты, которые развивались и которые могут делать то, что современные технологии не могут», — сказала Джессика Сандоваль, аспирантуру при Калифорнийском университете в Сан-Диего Jacobs из Школы инженерии и ведущий автор исследования. «Это была прекрасная возможность сделать исследование механизма адгезии в этих clingfish и адрес, как технология, лежащая сцепления из присосок может быть улучшена».

Улучшение присоски через биомимикрии

Clingfish маленькая рыба широко распространена в тропических и умеренных регионах. Они часто встречаются в приливной зоне, где они используют свои мощные способности всасывания придерживаться камней, водорослей и морских водорослей. Они могут застрять на этих поверхностях даже в мощные потоки и, когда побитый волнами. В clingfish, используемые в этом исследовании были родом из западного побережья, и были собраны прямо с Сан-Диего.

Изучая clingfish они собираются, Сандоваль и его коллеги обнаружили, что секрет имитируя механизм крепления, что животное использует, чтобы включить мягкий слой и щели в искусственном присосками. Всасывающий диск clingfish является выложенных рядов гексагональной структуры, называемые сосочками, которые покрыты микроскопическими волокнами. Исследователи имитировали это внутри своих прототипов с мягким слоем из силикона. Этот слой значительно улучшает производительность клей на неровных поверхностях. Команда также заделать щели в камере присоски, которая обеспечивает лучшую адгезию к нерегулярным, вогнутые поверхности.

«При первом разговоре с моей инженерной коллеги, я был уверен, что трюк, чтобы оптимизировать присоске придет от биологии», — говорит соавтор исследования Дмитрий Deheyn, исследователь в области морской биологии и биомимикрии в Институте Скриппса при Калифорнийском университете в Сан-Диего. «Я также был уверен, что лучше присоске сочетании с уникальным дизайном архитектуры и 3D, универсальный механизм какой-то.»

Производительность присоске

Искусственный всасывания дисков разработали исследователи были в состоянии придерживаться шероховатых поверхностей, таких как крупнозернистый песок бумаги, и сильно варьирует на поверхности скалы, чтобы овощи, как в и из воды. Исследователи также показали, что их устройства могут подобрать все, начиная от черешни и клубники, не разбивая их, чтобы разработать раковин и вазочек.

«Много клея устройств прилипает только к сухой или влажной поверхности и испытывают трудности с шероховатой поверхностью,» сказал соавтор исследования Майк толи, робототехника эксперт и профессор Джейкобс Инженерной школы Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Наши устройства могут делать все».

Устройства могут удержать тяжелый предмет в течение шести часов, что исследователи полагают, может быть продлен на более длительный период времени. Кроме того, эти clingfish-вдохновил всасывания диски имеют внушительный сжатия с учетом их размера: всасывающий диск может поддерживать до 350 раз больше собственного веса в то время как приостановлено в воздухе.

Исследователи даже оборудованная руку дистанционно управляемого аппарата (ROV) с одним из своих устройств и продемонстрировала, что она может манипулировать сырого яйца, не нарушая его.

«Этот конкретный приложение ров представляет особый интерес для меня,» сказал Сандовал, который является глубокой пилот моря ров в дополнение к будучи аспирантом. «Во время эксперимента РОВСа, я использую подводных манипуляторов для того, чтобы восстановить тонкие образцы с морского дна. Я часто жаль, что у меня средство для деликатной сцепление, чтобы дополнить сильное влияние металлических губок манипулятора. Моя работа в глубоком море был истинным мотивом природы для вдохновения для прилипания».

Эксперименты и анализ

В clingfish были собраны на приливной заводи к северу от пирса Эллен Браунинг Скриппс. Часть прибрежной морской заповедник Скриппса, ученые Калифорнийского университета в Сан-Диего могут приобретать лицензии для сбора организмов для научных целей в этом районе, что делает его уникальным активом университета.

При построении clingfish-вдохновил всасывания дисков, группа также экспериментировала с передразнивать микроскопических волокон clingfish путем нанесения контура искусственного всасывания диск со слоем микроскопических колонны, сделанные из силикона. Интересно, они обнаружили, что простые конструкции, которые состояли из просто толстым слоем силикона лучше, чем у конструкции с микроскопическими столбов.

Междисциплинарная команда проанализировала работу clingfish-вдохновленный искусственная всасывания дисков. Исследователи характеризуют поверхность контакта следа дисков, чтобы увидеть, как они взаимодействуют с поверхностью. Они старались понять, на каком основании энергетики с помощью анализа методом конечных элементов для моделирования процесса деформации всасывания дисков. Они также проведенные испытания адгезионной прочности на поверхности различной кривизны и различной шероховатости поверхности, от гладких акрил для грубой наждачной бумагой. Они проверили количество силы, необходимой для крепления диска к поверхности, в зависимости от шероховатости поверхности. Они обнаружили, что очень мало силы было необходимо приложить диски к поверхности, которая объясняет способность устройства обрабатывать хрупкие предметы.

Это исследование проводится при поддержке Управления военно-морских исследований Грант № N000141712062. Сандовал поддерживается Врата программу ученых, сформулированных в Декларации тысячелетия. Эта работа способствовала биомимикрии для развивающейся науки и технологической инициативы (лучшие инициативы;

сделать разницу: спонсорские возможности