سوسک درختی الهام بخش چسب جدید

[behnaz]

پژوهشگران با الهام از روش سوسک درختی برای چسبیدن به سطوح، ابزاری ساخته‌اند که می‌تواند با ترکیب نیروی چسبندگی سطحی تعداد زیادی ریزقطره مایع، در هر سانتی‌متر مربع خود تا 13 کیلوگرم وزن را تحمل کند.


پژوهشگران با الهام از گونه‌ای چسبنده از خانواده سوسک‌ها، دستگاهی را طراحی کرده‌اند که با استفاده اختیاری از یک پل مایع، به دسته گستردهای از سطوح مختلف می‌چسبد.

به گزارش نیچر، مایکل وگل و پاول استین، زیست‌مهندسان دانشگاه کرول در ایالت نیویورک، دستگاه جدید خود را بر اساس تکنیکی که توسط سوسک برگ استفاده می‌شود، ساختهاند. این سوسک با ترکیب کشش سطحی هماهنگ تعداد زیادی از قطرات، نیروی چسبندگی سطحی قدرتمندی تولید می‌کند که 100 برابر بیش‌تر از وزن خود سوسک است.

این وسیله دارای سطحی مملو از صدها سوراخ ریز است که مایع در بین آنها پمپاژ می‌شود. فشار پشت مایع، منجر به خارج‌شدن ریزقطرات از میان این سوراخ‌ها می‌شود و وقتی دو صفحه به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک شدند، پلمایعی ساخته می‌شود که با استفاده از کشش سطحی، یک نیروی چسبندگی سطحی تولید می‌کند. این گروه، تحقیق خود را در نشریه مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم ایالات متحده آمریکا گزارش داده‌اند.

استین در این باره گفت: "ما ممکن است در پنج سال آینده با استفاده از این نوع سطوح مویرگی قابل کنترل، وسایل تجاری متعددی بسازیم".

محققان قبلا سعی کرده‌اند از مکانیسمی تقلید کنند که مارمولک برای بالا رفتن از سطوح عمودی استفاده می‌کند. پاهای مارمولک بر اساس چسبندگی خشک عمل می‌کند و از طریق نانو فیبرهایی که از قانون واندروالس پیروی می‌کنند، چسبندگی تولید می‌کند.

این روش با تاکتیک سوسک برگ که از چسبندگی مرطوب استفاده می‌کند، متفاوت است.در روش سوسک سبز، ترکیب نیروهای چسبندگی سطحی چندین قطره می‌تواند نیروی قدرتمندی را به وجود بیاورد.

وگل و استین از طریق فعالیت محقق توماس ایشنر با سوسک برگ ( با نام علمی Hemisphaerota cyanea) آشنا شدند. در سال 2002 / 1381، ایشنر و همکارش دانیل آنشنانسلی در دانشگاه کرنل واقع در ایالت نیویورک، گزارش دادند که این سوسک می‌تواند نیروی کششی تا 60 برابر وزن خودرا برای 2 دقیقه تحمل کند و حتی می‌تواند در برابر نیروهای بسیار قوی‌تر از این هم برای مدت محدودی تاب بیاورد.

حقه سه صفحه‌ای

در وسیله ساخته شده توسط وگل و استین، هیچ قسمت جامد متحرکی وجود ندارد. به جای آن این دستگاه از سه سطح تشکیل شده، یک سطح زیرین که در نقش مخزن مایعی به‌کار می‌رود که قرار است برای تولید پل مایع استفاده شود؛ در زیر آن، یک سطح پر از سوراخ‌های ریز قرار دارد که قطرات آب با استفاده از فشار سطح سوم از میانشان بیرون می‌آید.

این گروه در ابتدا از آب استفاده کرد، ولی متوجه شد در صورتی که منفذهای این دستگاه خیلی کوچک باشند، آب به سرعت تبخیر می‌شود و به همین دلیل به جای آن باید از روغن استفاده کرد.

برای تزریق مایع، محققان از یک پالس با ولتاژ پایین استفاده کردند تا این فرآیند در کسری از ثانیه انجام شود. این روش را جریان الکترو-اسمزی می‌نامند.

زمانی که این مایع در بین سوراخ‌های سطح منفذدار فشرده می‌شود، قطرات پلی را به سطح سوم تشکیل می‌دهند که با استفاده از جداکننده‌هایی در یک فاصله ثابت نگه داشته می‌شود و وقتی دستگاه را عمودی کنید، سطح سوم کاملا به آن چسبیده است. هر قطره با استفاده از یک نیروی کوچک به سطح می‌چسبد، اما قدرت ترکیب شده از صدها قطره به این دستگاه اجازه می‌دهد تا بچسبد.

با پمپاژ مایع به بیرون، خاصیت چسبندگی دستگاه از بین می‌رود. هر دو حالت دستگاه نیز پایدار است و بنابراین، ولتاژ به کار برده شده فقط برای جابه‌جایی بین این دو حالت استفاده می‌شود.

وگل و استین نشان دادند که قدرت چسبندگی دستگاه آنها به سطوح مختلف با اندازه قطرات مایع نسبت معکوس دارد. بنابراین هرچه ابعاد قطرات ریزتر باشد، قدرت چسبندگی دستگاه بیش‌تر است. اما مشکل مهندسی اصلی، کوچک کردن اندازه سوراخ‌ها است. با منفذهای بسیار ریز، قدرت چسبندگی این دستگاه به چسبندگی قابل استفاده در اهداف تجاری نزدیک می‌شود، اما در این صورت تغییر حالت سریع بین حالت چسبندگی و غیر چسبندگی قابل دسترس نیست.

این دو دانشمند تصور می‌کنند هیچ مانعی برای کوچک کردن این سوراخ‌ها به 0.1 میکرومتر وجود ندارد. در حالت فعلی ، سوراخ‌های این دستگاه دارای قطری معادل با 150 میکرومتر (0.15 میلی‌متر) است که می‌تواند وزنی برابر با 10 گرم در هر سانتی‌متر مربع را تحمل کند. با کم کردن اندازه این سوراخ‌ها به 0.1 میکرونریال می‌توان با استفاده از سطحی به اندازه یک سانتی‌متر مربع تا 13 کیلوگرم وزن را تحمل کرد.

جان بارنز، زیست‌شناس دانشگاه گلاسکو که روی فناوری‌های چسبندگی زیستی کار می‌کند، در این باره گفت: "من بسیار تحت تاثیر قرار گرفتم. چسبندگی در دنیای حیوانات خصوصیات زیادی دارد که بسیار هیجان‌انگیز و قابل گسترش است. تا به امروز نتایج ناامیدکننده بود، اما دستگاه وگل و استین کاملا امیدوار کننده است".