Рабочий прототип захвата

Исследователи из Пенсильванского университета разработали новый тип захвата, состоящий из двух материалов. Он работает по принципу лап геккона, которые могут как лего «присасываться» к любой поверхности, так и отсоединяться от неё, позволяя ящерице свободно бегать по стенам. Такие захваты могут пригодиться, например, на высокоточном производстве для работы с мелкими деталями.

Как и геккон, захват обладает настраиваемой силой притяжения при отсутствии движущихся частей. Но, в отличие от лапок ящерицы, которые испещрены сложной структурой из микроскопических волосков, новый захват состоит всего из двух материалов, и его легко производить в промышленных масштабах.

«Когда речь заходит о настраиваемой силе притяжения, каждый вспоминает про гекконов и пытается повторить их систему,- говорит Кевин Тёрнер, помощник профессора. – Проблема в том, что такие сложные природные структуры очень тяжело воспроизводить. Мы нашли решение, которое позволяет достичь похожего эффекта, но которое гораздо легче сделать».


Волоски с лапок геккона под микроскопом

Лапки геккона крепятся к поверхностям при помощи сил Ван-дер-Ваальса, которые работают, когда две поверхности имеют достаточную площадь соприкосновения. Для обычных материалов этот эффект наблюдать сложно, поскольку даже гладкие на вид поверхности под микроскопом оказываются довольно грубыми.

Обилие волосков на лапках ящерицы позволяет увеличить площадь соприкосновения, а изменение угла между лапкой и поверхностью приводит к изменению силы «притяжения». А грибовидная форма волоска позволяет ему лучше прилипать к поверхности – когда к ней под прямым углом прикасается «шляпка», основное давление идёт на её центральную часть, и сила притяжения растёт. При необходимости отцепить лапку, геккон изменяет угол, давление переходит с центра на край шляпок и они свободно отделяются от поверхности.

Тот же эффект воспроизвели в своём устройстве и учёные, только вместо грибовидной шляпки они используют твёрдую пластиковую сердцевину, обтянутую мягким силиконом. Всё устройство имеет цилиндрическую форму. Когда устройство надавливает сердцевиной на центральную часть торца, сила притяжения между захватом и поверхностью возрастает. Когда на сердцевину действует поперечное усилие, давление смещается к краю, с краёв силикон начинает отставать от захватываемой поверхности и притяжение исчезает.

Пока устройство имеет в диаметре несколько миллиметров и способно захватывать гладкие поверхности. Учёные просчитали, что ничто не помешает уменьшить диаметр до микроскопических размеров, и тогда захват сможет работать с любыми поверхностями.