Il laboratorio di Stanford sviluppa il “non più appiccicoso” del mondo

Lo sviluppo del materiale "più appiccicoso e non appiccicoso" del mondo è stato ispirato dai piccoli piedi del geco.

Il Biomimetics and Dexterous Manipulation Lab (BDML) del professore di ingegneria meccanica di Stanford Mark Cutkosky studia le proprietà della straordinaria capacità di questa lucertola di aderire alle superfici. In BDML, dottorato di ricerca in Ingegneria Meccanica al sesto anno. studente Tony Chen e dottorato di ricerca in Ingegneria Meccanica del quinto anno. lo studente Amar Hajj-Ahmad ha collaborato allo sviluppo di un nastro adesivo asciutto che imita la presa del geco.

Il progetto di sviluppo dell'adesivo geco di Stanford è iniziato a metà degli anni 2000 dopo che la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti ha lanciato una sfida per ideare un modo per consentire ai robot di arrampicarsi verticalmente sui muri senza aspirazione, ha detto Chen. L'adesivo è stato recentemente presentato in un video informativo sul popolare canale YouTube Veritasium.

I gechi sono una specie di lucertola tipicamente carnivora, le cui dimensioni variano da circa mezzo pollice a poco più di un piede e hanno una presenza globale diffusa, abitando sia nelle foreste pluviali che nelle case.

L'anatomia dei cuscinetti delle dita del geco gli conferisce le sue abili capacità di arrampicata. Secondo Cutkosky nel video, guardando più da vicino i polpastrelli di un geco, potresti vedere sezioni a coste, note come lamelle. Le lamelle sono costituite da steli simili a setole chiamati setole, che terminano con rami di dimensioni micron chiamate spatola, ha detto Cutkosky.

Quando un geco si arrampica, fa affidamento sull’adesione attribuita alle forze di van der Waals – ironicamente, la forza intermolecolare più debole – costituita dall’attrazione tra atomi neutri. Queste forze consentono al geco di attaccarsi e staccarsi dalle superfici a suo piacimento.

Secondo Chen, l’adesivo del geco ha una migliore funzionalità sulle superfici lisce poiché la rugosità delle superfici più ruvide significa che c’è una maggiore distanza tra gli atomi, con conseguente forza di adesione più debole. Cutkosky ha scritto che BDML "continua a cercare di migliorare le prestazioni complessive [dell'adesivo del geco], specialmente su materiali non lisci come cartone e tessuto".

Perché i gechi? "I gechi sono gli animali più grandi che fanno ancora affidamento sulle forze di van der Waals", ha detto Chen. Hajj-Ahmad ha aggiunto che, al contrario, gli animali più pesanti come gli elefanti e gli esseri umani si affidano a forze di attrito, che sono correlate alle forze normali e al peso. Poiché gli organismi più piccoli sono più leggeri, non possono generare la stessa forza di attrito e dipendono da van der Waals.

Numerosi studenti hanno ripetuto il materiale da quando è stato inizialmente sviluppato. "Il modo in cui lo produciamo e anche la sua geometria si sono evoluti negli ultimi 16-17 anni", ha detto Chen.

Secondo Hajj-Ahmad, un geco che si arrampica "pizzica" le dita dei piedi per attivare la sua forza di adesione e poi "inverte [e] la direzione" di "questo pizzicamento" per rilasciare la superficie. L'adesivo sviluppato dai ricercatori BDML imita questo comportamento aderendo saldamente a una superficie quando caricato in una direzione e staccandosi in modo netto quando viene scaricato.

Il BDML non è l'unico laboratorio a lavorare su adesivi ispirati ai gechi, ha detto Cutkosky.

"La differenza più importante tra la maggior parte di questi e il nostro adesivo è la controllabilità. Il nostro adesivo si attacca solo quando caricato a taglio; il rilassamento della forza di taglio gli consente di separarsi praticamente senza sforzo", mentre altri potrebbero richiedere uno sforzo maggiore, ha affermato Cutkosky.

Secondo Hajj-Ahmad, le strutture triangolari viste quando si ingrandisce l'adesivo consentono di variare la superficie di contatto del nastro, lasciandogli un'area maggiore quando è necessaria maggiore presa e solo l'area della punta quando il nastro deve essere rilasciato.

La produzione dell'adesivo geco è un processo in più fasi. Innanzitutto, viene realizzato uno stampo utilizzando una macchina CNC. Il CNC utilizza una lama da microtomo ultra affilata per incidere segni triangolari nella cera morbida, essenzialmente invisibili a occhio nudo. L'adesivo è composto da silicone, apprezzato per la sua durata e generalmente non reattivo. Successivamente, una certa variante di silicone liquido, selezionata in base a parametri quali rigidità e viscosità, viene versata sullo stampo, depositandosi nelle scanalature fresate dal CNC. Sulla parte superiore viene applicato uno strato di supporto di Kapton, una pellicola sottile. Quando il silicone si è indurito, viene rimosso dallo stampo.