Une comparaison entre des caractéristiques uniformes (Type 1), la gauche, et un groupe de caractéristiques qui présente un frottement unidirectionnel (Type 2), droit, avec des tracés force-espace résultants montrant les performances, bas. A l'état neutre (a), les éléments de type 1 sont tous à la même hauteur, et tous entrent en contact lorsqu'ils sont touchés par une surface. En appliquant une force de cisaillement dans la direction préférée (b, adhésif déplacé dans le sens de la flèche) provoque l'auto-engagement des cales, augmenter la surface de contact (bleu), et donc frottement et adhérence. Application d'un effort de cisaillement dans le sens inverse (c), provoque l'engagement des cales sur leurs faces arrière, en augmentant à nouveau la zone de contact (orange), résultant en un frottement très similaire dans les deux sens (d). Les caractéristiques de type 2 ont une longueur de coin croissante sur le rabat ainsi qu'une rampe à la base des coins, il y a donc un seul coin le plus haut adjacent à la rainure (e). L'application d'une force de cisaillement dans la direction préférée (f) entraîne la déformation du volet pour se conformer à la surface, donnant une grande surface de contact (bleu), mais moins de friction et d'adhérence que les caractéristiques uniformes. Lorsqu'il est chargé dans le sens inverse (g), le coin le plus haut à l'extrémité du rabat empêche tout autre coin d'entrer en contact avec la surface, réduire la zone de contact (orange), et résultant en un frottement beaucoup plus faible dans le sens inverse (h). Crédit :(c) Journal de l'interface de la Royal Society (2019). DOI :10.1098/rsif.2018.0705
Une équipe de chercheurs de l'Université de Stanford et de l'Université de Californie a mis au point un matériau microstructuré avec une variation spatiale provoquant des frottements dans une seule direction. Dans leur article publié en Journal de la Royal Society Interface , le groupe décrit l'inspiration pour le nouveau matériel et quelques façons possibles de l'utiliser.
Le travail s'appuie sur des études antérieures sur les geckos, qui peut se fixer facilement à une vitre puis se séparer facilement. Cette capacité est due aux soies sur les orteils du gecko, qui s'accrochent dans une seule direction - les structures en forme de cheveux se courbent toutes dans un seul sens. Lorsqu'il est étalé, ils saisissent. Mais s'ils se retournent, ils glissent facilement sur le verre. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont cherché à créer un matériau qui reproduit cette structure.
Le matériau créé par les chercheurs était composé d'un élastomère de silicone sculpté pour avoir des coins microscopiques à sa surface. Lorsque le matériau est placé contre une autre surface et tiré dans une direction, les cales sont tirées vers la surface, provoquant plus de friction. Mais lorsque le matériau est tiré dans l'autre sens, ça glisse. Cela se produit parce que certaines des cales (placées au hasard) sont légèrement plus longues que les autres - lorsqu'elles sont tirées dans la direction opposée, ils s'enroulent sur les autres coins, les repoussant de la surface, faisant glisser le matériau. Les chercheurs expliquent que les coins placés au hasard sont un exemple de variation spatiale - quelque chose que l'on voit assez souvent dans la nature, mais très rarement dans les matériaux manufacturés.
Les chercheurs notent que la variation spatiale permet au gecko de grimper aux fenêtres et donne de l'irisation à certains insectes. Il a également été trouvé dans certains matériaux naturels qui présentent une hydrophobie et d'autres qui ont des propriétés anti-traînées. Les chercheurs notent qu'il est rarement trouvé dans les processus de fabrication car le besoin d'aléatoire augmente les coûts de production.
Pour tester leur nouveau matériel, les chercheurs ont fabriqué un robot chenille qui n'a pas besoin de relever ses pieds. Au lieu, la caractéristique de friction à sens unique a permis au matériau de se déplacer dans une direction avec une simple poussée vers le bas en son centre.
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