Murs souples, ici en bleu, quelques centaines de microns de haut imitent la surface du pied d'un gecko pour produire le même type de force d'adhérence - mais beaucoup, beaucoup plus fort que celui de la patte de l'animal. Crédit :Georgia Tech / Varenberg lab
Pourquoi le gecko a-t-il grimpé le gratte-ciel ? Parce qu'il pourrait; ses orteils collent à à peu près n'importe quoi. Pour quelques années, les ingénieurs ont connu les secrets de l'adhérence du gecko et l'ont imité dans des bandes de matériaux caoutchouteux utiles pour ramasser et libérer des objets, mais la simple production de masse pour un usage quotidien était jusqu'à présent hors de portée.
Des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont développé, dans une nouvelle étude, une méthode de fabrication de matériaux adhésifs inspirés du gecko qui est beaucoup plus rentable que les méthodes actuelles. Cela pourrait permettre la production en série et la diffusion des bandes de préhension polyvalentes dans la fabrication et les foyers.
Les polymères avec des surfaces "d'adhérence gecko" pourraient être utilisés pour fabriquer des pinces extrêmement polyvalentes pour saisir des objets très différents, même sur la même chaîne de montage. Ils pourraient faciliter l'accrochage de l'image en adhérant à la fois à l'image et au mur. Les robots aspirateurs à adhérence gecko pourraient un jour s'emparer de grands immeubles pour nettoyer les façades.
"A l'exception de choses comme le Téflon, il adhérera à n'importe quoi. C'est un net avantage dans la fabrication car nous n'avons pas à préparer la pince pour les surfaces spécifiques que nous voulons soulever. Les adhésifs inspirés du gecko peuvent soulever des objets plats comme des boîtes, puis se retourner et soulever des objets incurvés comme des œufs et des légumes, " a déclaré Michael Varenberg, chercheur principal de l'étude et professeur adjoint à la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering de Georgia Tech.
Pinces courantes sur les lignes de montage, tels que des pinces, aimants, et ventouses, peuvent chacun soulever des gammes limitées d'objets. Préhenseurs à base de surfaces d'inspiration gecko, qui sont secs et ne contiennent ni colle ni goo, pourrait remplacer de nombreux préhenseurs ou simplement combler les lacunes de capacité laissées par d'autres mécanismes de préhension.
Sortir des rasoirs
L'adhérence provient de protubérances de quelques centaines de microns qui ressemblent souvent à des sections de courtes, parois souples parallèles les unes aux autres sur la surface du matériau. Comment ils fonctionnent en imitant les pieds des geckos est expliqué ci-dessous.
L'encart en haut à droite illustre comment la surface d'adhérence du gecko est réalisée en poussant des lames de rasoir de laboratoire dans un polymère durcissant. Les lames de rasoir sont sorties, laisser des indentations et étirer une partie du polymère vers le haut, résultant en des parois flexibles qui produisent l'effet d'adhérence du gecko. Crédit :Georgia Tech/Laboratoire de Varenberg
Jusqu'à maintenant, le moulage a produit ces murs de mésoéchelle en versant des ingrédients sur un gabarit, laisser le mélange réagir et durcir en un polymère souple puis le retirer du moule. Mais la méthode n'est pas pratique.
"Les techniques de moulage sont des processus coûteux et chronophages. Et il y a des problèmes avec la libération du matériau de type gecko du gabarit, qui peut perturber la qualité de la surface d'accrochage, " a déclaré Varenberg.
La nouvelle méthode des chercheurs a formé ces murs en versant des ingrédients sur une surface lisse au lieu d'un moule, laisser le polymère durcir partiellement puis y tremper des rangées de lames de rasoir de laboratoire. La matière se met un peu plus autour des lames, qui ont ensuite été tirés, laissant des indentations à l'échelle du micron entourées par les murs souhaités.
Varenberg et le premier auteur Jae-Kang Kim ont publié les détails de leur nouvelle méthode dans la revue Matériaux et interfaces appliqués ACS le 6 avril, 2020.
Oubliez la perfection
Bien que la nouvelle méthode soit plus facile que le moulage, le développer a pris un an de trempage, dessin, et le réajustement tout en étudiant les détails délicats au microscope électronique.
« Il y a de nombreux paramètres à contrôler :Viscosité et température du liquide; timing, la vitesse, et la distance de retrait des lames. Nous avions besoin d'assez de plasticité du polymère de prise aux lames pour étirer les murs, et pas tant de rigidité qui conduirait à déchirer les murs, " a déclaré Varenberg.
