Ingeniører zapper og løsner smart undervandslim

Med et lille stykke elektricitet, biomedicinske ingeniører ved Michigan Technological University tager en undervands smart limprototype fra klæbrig til ikke på syv sekunder.

Tænd og sluk for vedhæftning er det, der gør en lim smart. Det er en ting at gøre dette under åben himmel og en anden under vand. Inspireret af naturen, katekoler er syntetiske forbindelser, der efterligner de våde, men stadig klæbrige proteiner, der udskilles af muslinger, og giver løfte om smarte klæbemidler, der virker i vand. Teknologien kunne hjælpe med undervandslim, sårforbindinger, protesetilbehør eller endda fremstilling af bildele og i anden fremstilling.

Bruce Lee, lektor i biomedicinsk teknik ved Michigan Tech, er en del af Office of Naval Researchs (ONR) Young Investigator Program (YIP) og viste, hvordan man bruger pH til at lave smarte undervandsklæbemidler. Sammen med doktorgradsforsker Saleh Akram Bhuiyan, Lee udviklede en ny metode ved hjælp af en elektrisk strøm til at slukke for vedhæftningen af ​​et katekolholdigt materiale.

Holdets resultater kom frem i Journal of the American Chemical Society og detaljerede den mest klæbrige del af processen - at skabe en gentagelig kontaktmekaniktest, der kan måle adhæsion før og efter et stød af elektricitet.

"Mange mennesker har brugt catechol til at efterligne muslinger og deres klæbende proteiner, men at anvende elektricitet for at deaktivere det er nyt, " sagde Lee. "Det er mere bekvemt end at bruge pH som det, vi brugte før, og det burde være lettere at integrere med elektroniske enheder, hvilket betyder, at frakobling kan automatiseres og kan være så simpelt som at trykke på en knap."

En dag kan catechol-klæbemidler hjælpe med at fastgøre udstyr til ubådes skrog, men test af prototyper i dykkerudstyr er ikke, hvordan ny teknologi bliver skabt. I stedet, Lee og Bhuiyan skal kontrollere en række variabler i et lille laboratorierum. Hvor simpelt det end lyder, at køre en strøm gennem et materiale og kontrollere dets klæbrighed er faktisk ret svært at gøre igen og igen.

Bhuiyan udviklede et setup, der bruger en titanium-kugle og en platintrådelektrode til at påføre elektrisk stimulation på klæbemidlet, der er i kontakt med kuglen i nærværelse af saltvand. Denne metode gør det nemt at kontrollere spændingen, der påføres gennem ledningen, lim og kugle samt hvor salt vandet er omkring dem. Den tid, de aktuelle kørsler er også vigtig. Med mere tid, spænding og salt, jo mere catechol-klæbemidlerne bliver oxideret, og jo mindre klæbende bliver det. Med stærk nok spænding, limen løsnes på kun syv sekunder.

"Nyheden er anvendelsen af ​​elektriciteten og den korte tid, det tager at afbryde, " sagde Bhuiyan. "Det, jeg finder mest usædvanligt ved eksperimentet, er farveændringen. Det starter hvidt, og når jeg tilfører elektricitet, og materialet er deaktiveret, den oxiderer og får en rød farve - og vi kan virkelig godt lide at se den røde farve."

Det næste trin i forskningen vil være at tage det røde og forsøge at gøre det tilbage til hvidt. Kendetegnet ved en smart lim er ikke kun at deaktivere vedhæftning, men tænder den igen. Lee og doktorgraden Ameya Narkar var i stand til at opnå denne bedrift ved at lege med pH, hvilket gav dem Bhakta Rath Research Award, og Bhuiyan håber at kunne anvende erfaringerne fra denne forskning til at bruge elektrisk strøm.

Fra smertefrie bandager til undervandslim, fra biludstyr til proteser, katekolholdige klæbemidler er alsidige og lovende materialer.