Lavpris, fluetrædepude-lignende klæbestruktur, der er i stand til gentagen fastgørelse/aftagning

NIMS, HUE og HUSM har udviklet en metode til nemt og billigt at fremstille en klæbestruktur, der er i stand til gentagne vedhæftning og løsgørelse. Designet af denne struktur var inspireret af de klæbende spatelformede hår (setae), der findes på fluernes trædepuder, mens metoden til at fremstille den blev antydet af seta-dannelse i fluepupper. Disse miljørigtige teknologier kan potentielt bidrage til et mere bæredygtigt samfund.

Mange typer fremstillede produkter er forstærket med stærke klæbemidler. Imidlertid, brugen af ​​disse klæbemidler hæmmer genbrugsprocesser (dvs. sortering og nedbrydning), imødegå indsatsen for at fremme en cirkulær økonomi. Af denne grund, klæbende teknologier, der er i stand til gentagne fastgørelser og løsgørelser, er blevet designet og udviklet. Den biomimetiske tilgang til udvikling af højtydende klæbeteknologier søger at efterligne komplicerede klæbestrukturer, der findes i levende organismer. Imidlertid, denne fremgangsmåde er ofte dyr, da det kræver brug af MEMS (mikroelektromekaniske systemer) for at skabe komplekse strukturer.

Denne forskningsgruppe fokuserede på biologiske klæbende strukturer (f.eks. insekt trædepuder) kendt for at dannes på en energieffektiv måde ved stuetemperatur. Gruppen udviklede klæbende strukturer og effektive metoder til at skabe dem ved at efterligne biologiske processer. I dette forskningsprojekt, gruppen fokuserede specifikt på klæbemidlet, spatelformede setae, der vokser på fluetrædepuder som model for udvikling af klæbende strukturer, der gentagne gange kan fastgøres til og løsnes fra genstande. Gruppen observerede den biologiske proces, hvorved setae dannes i puppefrugtfluer (Drosophila melanogaster) ved at farve flueben til immunhistokemisk analyse og mærkning af cytoskeletalt actin med fluorescerende farvestoffer. Som resultat, gruppen opdagede, at klæbende spatulerede trædepuder dannes i en simpel to-trins proces:(1) seta-dannende celler forlænges og cytoskeletale actinfilamenter i cellerne akkumuleres ved de distale spidser af de aflange celler, danner de spatellignende rammer, og (2) aflejringer af neglebånd dannes på overfladerne af setae, størkne dem. Det lykkedes gruppen derefter at udvikle en lignende, simpel to-trins proces til fremstilling af en klæbende spatelstruktur ved stuetemperatur ved (1) at strække nylonfibre for at danne en spatelstruktur og (2) at størkne den. Strukturens klæbestyrke og lette løsgørelse blev bekræftet at variere, afhængig af retningen, hvori det trækkes væk fra objektet, som det er fastgjort til - svarende til de mekanismer, insekter bruger til at fastgøre eller løsne sig til/fra objekter. En enkelt spatelfiber er tilstrækkelig stærk til at suspendere en siliciumwafer fra den, der vejer 52,8 g. Ekstrapolerer man fra dette, et bundt med 756 fibre (9 cm ² i tværsnitsareal) kan forventes at understøtte en person, der vejer 60 kg.

Denne klæbende struktur, i stand til gentagen tilknytning og løsrivelse, kan tilbyde en række nye robotapplikationer. For eksempel, den kan integreres i armene på industrirobotter for at gøre dem i stand til bedre at håndtere glatte genstande, og det kan være indbygget i benene på udendørs robotter for at give dem mulighed for at klatre op på lodrette vægge som insekter. Den genanvendelige klæbende struktur og den lave pris, energieffektive produktionsmetoder er miljøvenlige teknologier, der potentielt kan bidrage til at gøre samfundet mere bæredygtigt.

Denne forskning blev offentliggjort i Kommunikationsbiologi , en åben adgangsjournal, den 29. maj, 2020.