Уникальная способность гекконов карабкаться по чему угодно, от сухого дна пустыни до холодной горной вершины, не оставляя после себя никаких липких следов, является источником вдохновения для многих роботов, ползающих по стенам, но впервые исследователи из Университета Карнеги-Меллон применили ее к воде.
«Это потрясающее доказательство концепции», — сказал Сампада Ачарья, кандидат философии в Reeja Jayan, доцент лаборатории машиностроения. «Мы можем представить себе использование подобного материала не только для подводных исследований, но и для оказания помощи обычным людям в области здравоохранения».
Как правило, изготовление клейких пластырей требует сложных процедур в чистом помещении. Используя пленки с дифракционной решеткой, команда упростила процесс экономичным, быстрым и несложным способом.
Чтобы протестировать материал на чем-то, что могло бы одновременно лазать и плавать, команда разработала гусеничного робота Sea Star (GASS) на основе адгезии геккона.
Оценивая работу гусеничного робота GASS на поверхностях из стекла, акрила и нержавеющей стали, они обнаружили, что клейкие ножки значительно улучшают передвижение как во влажных, так и в сухих условиях. Он был способен подниматься по склонам с углом наклона 25 градусов и статически удерживаться на склонах с углом наклона 51 градус.
И Сампада Ачарья, и Питер Робертс, ведущие авторы статьи, сосредоточены на улучшении практики здравоохранения, и хотя их цели различны, оба сочли этот материал многообещающим решением. Исследования Ачарьи направлены на оптимизацию сбора патогенов (например, бактерий, вирусов, грибков) из инфекционной среды для уменьшения числа внутрибольничных инфекций у пациентов за счет использования материалов с микроструктурой, вдохновленных гекконами, которые будут интегрированы с автономными роботами.
«Я надеюсь увидеть поставщиков, использующих роботов, интегрированных с интеллектуальными материалами, вдохновленными gecko, для сбора и обнаружения патогенных микроорганизмов на поверхностях. Это уменьшит количество человеческих ошибок и может снизить количество больничных инфекций, снизить операционные расходы и облегчить жизнь пациентов», — пояснил Ачарья. «Способность GASS crawler передвигаться по самым разным поверхностям приближает нас на один шаг к этой цели».
Робертс, кандидат наук в лаборатории Кармела Маджиди, профессора машиностроения, работает над разработкой пластырей для сбора биопотенциальных сигналов (ЭКГ, ЭМГ, ЭЭГ). Чтобы эти пластыри эффективно воздействовали на кожу, они должны прилипать к ней, несмотря на наличие волос, пота и других загрязняющих частиц.
«Использование микроструктур с рисунком позволяет этому материалу прилипать к различным поверхностям и показывает хорошие результаты на коже», — сказал Робертс. «Адгезия усиливается за счет эффекта контактного расщепления, подобного тому, что наблюдается в натуральных клеях gecko».
Это исследование стало результатом проекта в рамках курса «Биоинспирированный дизайн роботов и экспериментирование», который ведет Виктория Вебстер-Вуд, доцент кафедры машиностроения.
«Ключевым нововведением в материалах здесь является возможность создавать узоры из этих микромасштабных структур на больших площадях с помощью массивов дифракционных решеток, которые вы можете заказать на Amazon. Разнообразные области применения простираются от робототехники до электроники и даже энергетических устройств.»
Двигаясь вперед, команда надеется усовершенствовать как клеи, вдохновленные gecko, так и краулер sea star, чтобы его можно было погружать в воду, взбираться на более крутые склоны и развивать более высокую скорость.