Op octopussen geïnspireerde lijm maakt nauwkeurig vastgrijpen en loslaten van onderwatervoorwerpen mogelijk

Virginia Tech Universiteit, Blacksburg, VA

Afgestudeerde student Chanhong Lee test de op octopus geïnspireerde zuignap in het laboratorium. (Afbeelding:Alex Parrish voor Virginia Tech)

Het gebruik van door de natuur geïnspireerde mechanismen om nieuwe technologische innovaties te creëren is een kenmerk van een onderzoeksteam van Virginia Tech. De groep onder leiding van universitair hoofddocent Michael Bartlett heeft een op octopussen geïnspireerde lijm ontwikkeld, geïnspireerd op de vorm van octopuszuigers, die uitdagende onderwaterobjecten snel kan vastgrijpen en controleerbaar kan loslaten.

Het vermogen hebben om deze onderwaterobjecten, zoals zware rotsen, kleine schelpen en zachte kralen en ander puin, te grijpen en los te laten, kan een krachtig hulpmiddel zijn voor onderwaterberging en zelfs reddingsoperaties. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Advanced Science .

Dit werk werd uitgevoerd met niet-gegradueerde onderzoekers Austin Via, Aldo Heredia en Daniel Adjei van Virginia Tech. Afgestudeerd onderzoeksassistent Chanhong Lee was de eerste auteur van het artikel en rapporteerde onderzoek dat werd ondersteund door de National Science Foundation via het Designing Materials to Revolutionize and Engineer our Future-programma.

"Ik ben gefascineerd door de manier waarop een octopus in één moment iets stevig kan vasthouden en het vervolgens onmiddellijk loslaat. Hij doet dit onder water, op voorwerpen die ruw, gebogen en onregelmatig zijn - dat is een hele prestatie", aldus Bartlett.

Om deze al lang bestaande uitdaging te overwinnen, keken Bartlett en zijn team naar de vorm van de octopus. Ze keken specifiek naar de buitenste structuur van de zuignap van de octopus, het infundibulum genaamd. Dit inspireerde de onderzoekers om een lijm te maken die gebruik maakt van een elastische, gebogen steel met een actief, vervormbaar membraan dat van vorm verandert voor hechting op meerdere oppervlakken.

De gebogen steel hecht zich aan grootschalige krommingen terwijl het aanpassingsvermogen aan kleinschalige ruwheid wordt vergroot. Deze mechanismen werken synergetisch om de hechting op meerdere lengteschalen te verbeteren.

Dit resulteerde in op octopussen geïnspireerde lijmen die bij activering 1000 keer sterker zijn dan wanneer ze gemakkelijk loskomen. Belangrijk is dat deze omschakeling binnen een fractie van een seconde plaatsvindt, ongeveer 30 milliseconden. De op octopus geïnspireerde lijmen bereiken nu een hoge hechtsterkte op diverse oppervlakken, waaronder ruwe, gebogen en onregelmatige voorwerpen, maar ook in verschillende vloeistoffen. Met dit nieuwe hulpmiddel kan een duiker een glad voorwerp vasthouden zonder al te veel te knijpen, en kan hij het ook snel pakken door snel te schakelen.

Omdat octopuszuigers zijn gemaakt van levend weefsel, trekken ze krom, zetten uit en krimpen in, afhankelijk van de taak die ze naderen. Dit geeft het dier niet alleen een sterkere grip, maar ook de veelzijdigheid om zijn greep aan te passen wanneer het voorwerpen vindt die glad of ruw, hoekig of vlak zijn.

Met de nieuwe op octopus geïnspireerde lijm kunnen onderzoeksteamleden een breed scala aan uitdagende onderwaterobjecten oppakken, vasthouden en loslaten, waaronder zachte en stijve materialen die plat, ruw en zelfs gebogen zijn.

Dit vermogen werd gedemonstreerd door de constructie van een onderwatersteenhoop, een zorgvuldig geconstrueerde stapel onderwaterrotsen. Hier hebben de rotsen verschillende afmetingen, vormen en oppervlakteruwheden en moeten ze worden opgepakt maar ook nauwkeurig worden losgelaten om de structuur in balans te houden. Tegelijkertijd kunnen ze ook gemakkelijk zachte, geleiachtige kralen pakken en loslaten.

“Dit soort manipulaties worden uitgevoerd door een octopus terwijl ze voorwerpen rond hun hol rangschikken”, zegt Lee. “Deze demonstratie benadrukt het vermogen van de op octopus geïnspireerde lijm om moeilijke onderwaterobjecten nauwkeurig te manipuleren.”

De materialen vertonen ook een betrouwbare hechting gedurende meerdere cycli en gedurende een langere periode. In één experiment bleef de bevestigingskracht gedurende 100 cycli constant. In een andere test hield het team een ​​ruwe, gebogen rots meer dan zeven dagen onder water en liet deze vervolgens op verzoek los. Met name bij bergingstoepassingen waarbij een object gedurende langere tijd wordt vastgehouden, kan dit van cruciaal belang zijn.

Neem voor meer informatie contact op met Margaret Ashburn op Dit e-mailadres wordt beschermd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien..