Ein kleines Forscherteam aus Universität Kiel y in Deutschland hat kürzlich ein Material entwickelt, das vom Licht erfasst wird. Die Technologie basiert auf lichtbetätigten Greifern, die einfach durch Einstrahlen von UV-Licht auf ein neues Klebematerial aktiviert werden. Die Forscher arbeiten an einem Gerät, das das emuliertWeg Geckos huschen nahtlos über prekäre Oberflächen in fast jede Richtung.
Wie Geckos in den Griff bekommen
Während viele Kreaturen geschickte Hände oder lange Krallen bevorzugen, um einen Griff zu bekommen, verwenden Geckos einen völlig anderen Ansatz. Sie verwenden keine klebrigen Sekret-Saugnäpfe oder winzigen Haken. Stattdessen verwenden Geckos eine erstaunlich kleine und kompakte Reihe mikroskopisch kleiner Haare.Die Haare geben ihnen ihren bemerkenswerten Halt, der es ihnen ermöglicht, Wände zu erklimmen und in nahezu jedem Winkel auf praktisch jeder Oberfläche über Decken zu schießen. Sie sind zweifellos die ultimativen Kletterer.
[Bildquelle : Wikipedia ]
Ein Gecko kann scheinbar ohne Anstrengung über eine vertikale Glasscheibe huschen und kopfüber an fast jedem Material hängen. Das Geheimnis ihres beispiellosen klebrigen Griffs liegt in dem Bündel mikroskopisch kleiner Haare, die sich von jedem aus erstreckeneiner ihrer vier Füße. Während es offensichtlich erscheinen mag, dass sich die Haare an mikroskopisch kleinen Unvollkommenheiten entlang der von ihnen gekletterten Oberflächen festsetzen, ist dies sicherlich nicht die einzige Kraft, die im Spiel ist. Auch die Unterstützung bei ihren Skalierungsbemühungen ist ein überraschender Schuldiger. Van-der-Waals-Kräfte .
Van-der-Waals-Kräfte sind dafür verantwortlich, Gruppen von Atomen und Molekülen zusammenzuhalten. Im Gegensatz zu kovalenten und ionischen Bindungen, die Atome zusammenhalten, wirken Van-der-Waals-Kräfte auf Millionen von Atomen und Molekülen, um sie als Gruppe zusammenzuhalten, wie die Moleküle inWasser.
Geckos und der Waals
Elektronen bestimmen die Polarität eines Moleküls. Sie bewegen sich jedoch auch unglaublich schnell, was die Polarität eines Atoms oder Moleküls vorübergehend ändern kann. Die momentane Verschiebung gibt einem Molekül gerade genug Zeit, um sich an ein anderes zu binden. As Wissenschaft beschreibt ;
Diese Kraft kommt von Schwankungen der Ladungsverteilungen zwischen benachbarten Molekülen, die nicht polar sein müssen. Ihre Ladungsschwankungen fallen natürlich synchron und erzeugen eine anziehende Kraft.
Es ist eine extrem schwache Kraft, die leicht zu brechen ist. Es sei denn, Sie haben Millionen von Haaren, um sie zu nutzen.
„Van-der-Waals-Kräfte sind die schwächste Art von interatomaren Kräften, die wir haben“ sagt P. Alex Greany Professor für Maschinenbau an Oregon State University in Corvallis: "Es ist erstaunlich, dass Geckos diese wirklich schwache Kraft einsetzen können."
Also, was ist wirklich los?
Wissenschaftler wechseln ständig ihre Überzeugungen und ihr Fachwissen darüber, wie die Füße von Geckos in den Griff bekommen. Jede einzelne Art verwendet unterschiedliche Techniken, um ihre Klettertechnik entsprechend der Umgebung und den zu kletternden Materialien zu optimieren und anzupassen. Die Haare und Füße sindKomplex unter den 850 bekannte Gecko-Arten . Natürlich gibt es viel zu lernen, aber Wissenschaftler verfeinern die Techniken, die sie verwenden.
Derzeit ist bekannt, dass Millionen von mikroskopisch kleinen Haaren bekannt sind als Setae verzweigen um Milliarden winziger Kontaktpunkte zu bilden Spatel . Die Zweige erhöhen exponentiell die Kontaktmenge, erzeugen eine exponentielle Menge an Van-der-Waals-Kräften und geben den Geckos schließlich ihren bekannten Halt.
Nachahmung der Natur
Natürlich haben Wissenschaftler wie bei vielen Naturwundern versucht, die gleichen Effekte mit synthetischem Material zu emulieren. Die Faszination der Wissenschaftler für die Nachbildung des Geckogriffs hat einige vielversprechende Ergebnisse erbracht. Die meisten Techniken erfordern jedoch Wärme oder Elektrizität, um die Adhäsion zu aktivieren und zu deaktivierenEs ist einfach, ein Material zu entwerfen, das haftet. Die Entwicklung eines Griffs, der sich bereitwillig aus- und wieder einschalten lässt, ist jedoch ein völlig anderes Tier. Trotz der wachsenden Herausforderung nähern sich Wissenschaftler mit ihrer neuen Implementierung von leicht betätigtem Gecko-Griffmaterial den geschickten Greifern.
Geckos machen es, warum können wir nicht
Geckos laufen über jede Oberfläche, als wäre es der Boden. Wenn sie also von Van-der-Waals-Kräften so fest an Ort und Stelle gehalten werden, wie können sie dann so leicht gehen? Der Schlüssel zu ihrem Abstieg ist ihre abgewinkelte, mikroskopisch kleine Zehenhaare . Bestimmte Winkel helfen dabei, den Gecko an einer Oberfläche zu befestigen.
Laut einer 2014 veröffentlichten Studie können einige Geckos die Winkel der Haare hier leicht verändern, was das Ablösen erheblich erleichtert. Entdeckung wurde im Jahr 2014 gemacht daher wurde die Technik erst kürzlich in synthetischen Versionen verwendet.
Weitere Erhöhung ihrer Griffigkeit federbelasteter Ablösemechanismus bringt sie wieder in Bewegung. Die Entdeckung ist groß, und jetzt nutzen Wissenschaftler die Informationen, um ihre Gecko-Technologie zu perfektionieren.
Synthese betätigter Greifer
Natürlich versuchen Wissenschaftler, wie bei vielen Naturwundern, die gleichen Effekte mit synthetischem Material zu emulieren. Die Faszination, den Gecko-Griff zu replizieren, hat in der wissenschaftlichen Gemeinschaft einige vielversprechende Ergebnisse erbracht. Die meisten Techniken erfordern jedoch Wärme oder ElektrizitätAktivieren und Deaktivieren der Adhäsion. Jetzt nähern sich Wissenschaftler mit ihrer neuen Implementierung von leicht betätigtem Gecko-Grip-Material den geschickten Greifern.
Ein Team unter der Leitung von Emre Kizilkan von der Universität Kiel hat kürzlich eine bioinspiriertes Klebematerial, das mit UV-Licht ferngesteuert werden kann . Das Team entwickelte zuerst eine elastisches poröses Material LCE, Flüssigkristallelastomer, das sich in Gegenwart von UV-Licht biegt. Das LCE wurde dann mit einer Klebemasse kombiniert, um ein Verbundmaterial herzustellen, das seinen Griff mit etwas UV-Licht steuern kann.
Verbundmaterial unter UV-Licht biegen [Bildquelle : Universität Kiel ]
Mit der neu entwickelten Methode konnte das Team das Verbundmaterial präzise steuern, um einen kleinen Objektträger aufzunehmen und zu bewegen. Durch Aktivieren des Materials mit Licht konnte das Team das Glas vorsichtig aufnehmen und platzieren, ohne Rückstände zu hinterlassen.
„Der Vorteil von Licht ist, dass es sehr präzise verwendet werden kann. Es ist reversibel, so dass es sehr schnell ein- und wieder ausgeschaltet werden kann.“ sagt Emre Kizilkan aus der Forschungsgruppe Funktionelle Morphologie und Biomechanik unter Professor Stanislav Gorb am Zoologischen Institut.
Nahaufnahme des Klebematerials mit LCE-Substrat [Bildquelle : Universität Kiel ]
In Zukunft in den Griff bekommen
Die Forscher hoffen, dass ihr intelligentes Klebstoff-Verbundmaterial zur Verbesserung medizinischer Techniken verwendet wird und andere Verfahren den Transport von Objekten im Mikrobereich erfordern. Oder, wie viele hoffen, zur Herstellung der ultimativen Spiderman-Handschuhe. Die Anwendungen sind endlos.
„Wir konnten zeigen, dass unser neues Material zum Transport von Objekten verwendet werden kann. Darüber hinaus haben wir gezeigt, dass der Transport mit Licht sehr genau gesteuert werden kann - auf Mikroebene“ erklärt Kizilkan . Gorb fügt hinzu: "Wir verwenden sozusagen Licht als Fernbedienung. Unser bioinspiriertes Klebematerial hinterlässt auch keine Rückstände auf den Objekten."
Die Technologie ist beeindruckend, beweist jedoch immer noch, dass die Natur die Mutter aller Technik bleibt.
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Geschrieben von Maverick Baker