Industria

Estas pinzas accionadas por luz están inspiradas en geckos

Estas pinzas accionadas por luz están inspiradas en geckos

Un pequeño equipo de investigadores de Universidad de Kiely en Alemania desarrolló recientemente un material que se adhiere a la luz. La tecnología se basa en pinzas accionadas por luz que se activan simplemente proyectando una luz ultravioleta sobre un nuevo material adhesivo. Los investigadores están trabajando hacia un dispositivo que emulará la forma en que los geckos se escabullen sin problemas a través de superficies precarias en casi cualquier dirección.

Cómo los gecos se apoderan

Si bien muchas criaturas pueden preferir manos diestras o garras largas para agarrarse, los geckos usan un enfoque completamente diferente. No utilizan ventosas de secreción pegajosas ni ganchos pequeños. En cambio, los geckos usan una variedad asombrosamente diminuta y compacta de pelos microscópicos. Los pelos les dan un agarre extraordinario que les permite escalar paredes y atravesar techos en prácticamente cualquier ángulo en prácticamente todas las superficies. Sin duda, son los mejores escaladores.

[Fuente de imagen:Wikipedia]

Sin aparentemente ningún esfuerzo, un gecko puede correr a través de un panel de vidrio vertical y colgar boca abajo sobre lo que parece ser casi cualquier material. El secreto de su agarre pegajoso sin precedentes se debe al manojo de pelos microscópicos que se extienden desde cada uno de sus cuatro pies. Si bien puede parecer obvio que los pelos se adhieren a imperfecciones microscópicas a lo largo de las superficies por las que trepan, ciertamente no es la única fuerza en juego. También ayudarlos en sus esfuerzos de escalado es un culpable sorprendente, que serlas fuerzas de van der Waals.

Las fuerzas de Van der Waals son responsables de mantener juntos grupos de átomos y moléculas. A diferencia de los enlaces covalentes e iónicos que mantienen unidos a los átomos, las fuerzas de Van der Waals actúan sobre millones de átomos y moléculas para mantenerlos unidos como un grupo, como las moléculas en el agua.

Geckos y der Waals

Los electrones determinan la polaridad de una molécula. Sin embargo, también se mueven increíblemente rápido, lo que puede cambiar momentáneamente la polaridad de un átomo o molécula. El cambio momentáneo le da a una molécula el tiempo suficiente para unirse a otra. Como Cienciasdescribe;

Esta fuerza proviene de las fluctuaciones en las distribuciones de carga entre moléculas vecinas, que no necesitan ser polares; sus fluctuaciones de carga se sincronizan naturalmente, creando una fuerza atractiva.

Es una fuerza extremadamente débil que es fácil de romper. Eso es a menos que tenga millones de cabellos para que sea útil.

“Las fuerzas de Van der Waals son el tipo más débil de fuerzas interatómicas que tenemos”, dice P. Alex Greany, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad Estatal de Oregon en Corvallis. "Es asombroso que los geckos puedan usar esta fuerza realmente débil".

Entonces, ¿qué está pasando realmente?

Los científicos cambian constantemente sus creencias y experiencia sobre cómo se agarran los pies de los geckos. Cada especie individual utiliza diferentes técnicas para optimizar y adaptar su técnica de escalada de acuerdo con el entorno y los materiales que tiene para escalar. Los pelos y los pies son complejos entre los850 especies conocidas de gecko. Naturalmente, hay mucho que aprender, pero los científicos están perfeccionando las técnicas que utilizan.

Actualmente, es bien sabido que millones de pelos microscópicos conocidos comosetae ramificarse para formar miles de millones de pequeños puntos de contacto llamados espátulas. Las ramas aumentan exponencialmente la cantidad de contacto, creando una cantidad exponencial de fuerzas de Van der Waals y finalmente dando a los geckos su famoso agarre.

Imitando la naturaleza

Naturalmente, como ocurre con muchas maravillas de la naturaleza, los científicos intentaron emular los mismos efectos con material sintético. La fascinación de los científicos por replicar el agarre gecko ha arrojado algunos resultados prometedores. Sin embargo, la mayoría de las técnicas requieren calor o electricidad para activar y desactivar la adhesión. Es fácil diseñar un material que se adhiera. Sin embargo, diseñar una empuñadura que pueda encenderse y apagarse voluntariamente es una bestia completamente diferente. A pesar del creciente desafío, los científicos se están acercando más a las pinzas diestras con su nueva implementación de material de agarre gecko accionado por luz.

Los geckos lo hacen, ¿por qué no podemos nosotros?

Los geckos caminan por todas las superficies como si fuera el suelo. Entonces, si las fuerzas de Van der Waals los mantienen en su lugar con tanta fuerza, ¿cómo pueden caminar con tanta facilidad? La clave para su desmontaje son los pelos microscópicos de sus dedos en ángulo. Ciertos ángulos ayudan a sujetar el gecko a una superficie.

Según un estudio publicado en 2014, algunos geckos pueden modificar los ángulos de este cabello ligeramente, lo que hace que sea mucho más fácil de separar. El descubrimiento se realizó en 2014, por lo que la técnica solo se ha utilizado recientemente en versiones sintéticas.

Al aumentar aún más su agarre, el mecanismo de desprendimiento accionado por resorte los vuelve a poner en movimiento. El descubrimiento es grande y ahora los científicos están utilizando la información para perfeccionar su tecnología gecko.

Pinzas accionadas sintetizadas

Naturalmente, como ocurre con muchas maravillas de la naturaleza, los científicos están tratando de emular los mismos efectos con material sintético. La fascinación de replicar el agarre de gecko ha producido algunos resultados prometedores en la comunidad científica. Sin embargo, la mayoría de las técnicas requieren calor o electricidad para activar y desactivar la adhesión. Ahora, los científicos se están acercando a las pinzas diestras con su nueva implementación de material de agarre gecko accionado por luz.

Un equipo dirigido por Emre Kizilkan en la Universidad de Kiel desarrolló recientemente un material adhesivo bioinspirado que se puede controlar de forma remota mediante el uso de luz ultravioleta. El equipo desarrolló primero un material poroso elástico(LCE, elastómero de cristal líquido) que se dobla en presencia de luz ultravioleta. Luego, el LCE se combinó con un compuesto adhesivo para hacer un material compuesto que puede controlar su agarre con un poco de luz ultravioleta.

Material compuesto que se dobla bajo la luz ultravioleta[Fuente de imagen: Universidad de Kiel]

Usando su método recientemente desarrollado, el equipo pudo controlar con precisión el material compuesto para recoger y mover un pequeño portaobjetos de vidrio. La activación del material con luz permitió al equipo recoger y colocar suavemente el vidrio sin dejar residuos.

“La ventaja de la luz es que se puede utilizar con mucha precisión. Es reversible, por lo que se puede encender y apagar de nuevo, y eso muy rápidamente ”, dice Emre Kizilkan del grupo de investigación de Morfología Funcional y Biomecánica del profesor Stanislav Gorb en el Instituto Zoológico.

Cerca de material adhesivo con sustrato LCE[Fuente de imagen: Universidad de Kiel]

Controlar el futuro

Los investigadores esperan que su material compuesto adhesivo inteligente se utilice para mejorar las técnicas médicas y que otros procedimientos requieran transportar objetos en el rango micro. O, como muchos podrían esperar, podría usarse para hacer los mejores guantes de Spiderman. Las aplicaciones son infinitas.

“Pudimos demostrar que nuestro nuevo material se puede utilizar para transportar objetos. Además, demostramos que el transporte se puede controlar con mucha precisión con luz, a un nivel micro ”, explica Kizilkan. Gorb agrega: "Usamos la luz como control remoto, por así decirlo. Nuestro material adhesivo bioinspirado tampoco deja residuos en los objetos".

La tecnología es impresionante, sin embargo, todavía demuestra que la naturaleza sigue siendo la madre de toda la ingeniería.

VEA TAMBIÉN: Investigadores desarrollan un revolucionario robot aéreo inspirado en murciélagos

Escrito por Maverick Baker

Ver el vídeo: CAP 124. VETERINARIO DE REPTILES. Impactación en un Gecko leopardo (Octubre 2020).