Gecko-Tech: Klebrige Erfindung lässt Menschen Maßstab Wände

Wie Spider-Man Skalierung Wolkenkratzer dürfen Menschen eines Tages Glaswände mit Hilfe einer Gecko-inspirierten Erfindung Klettern, sagen Forscher.

Neben futuristischen Ausrüstung von Soldaten und Spione verwendet, um Wände zu klettern empfehlen die Forscher, dass ihre neue Erfindung führen könnte, Stiefel, die Astronauten, die Durchführung von Außenbordeinsätze helfen und mechanische Greifer, die Trümmer im Orbit zu ergattern.

Die Erfindung wurde von Gecko-Füße inspiriert. Diese Reptilien können senkrechte Wänden und sogar kopfüber hängen, weil ihre prallen Zehen in Hunderten von mikroskopisch kleinen Borsten genannt Borsten, die eine Art elektrische Kraft bekannt als Van Der Waals-Kraft, stark genug fallen um Geckos auf Oberflächen geklebt zu erzeugen. [Biomimetik: 7 clevere Technologien von der Natur inspiriert]

Wissenschaft der Klebrigkeit

Wissenschaftler entdeckten wie Gecko Klebrigkeit vor mehr als einem Jahrzehnt arbeitet, und Forscher haben seitdem viele synthetische Klebstoffe mit geckolike Eigenschaften, z. B. Wiederverwendbarkeit entwickelt. Vorschüsse auf Basis dieser Technologie gehören medizinische Klebstoffe, die Wunden versiegeln können.

Aber ein Problem, dass echte Geckos und synthetischen Materialien, das Gesicht ist, dass sie nicht unterstützen können, so viel Gewicht wie man von der Gesamtfläche des Klebers Vorhersagen würden sie Oberfläche besitzen. Zum Beispiel hatte eine Maschine bekannt als hinweisen, erstellt durch Forscher an der Stanford University, genug geckolike Klebstoff zur Unterstützung einer 11 Pfund (5 Kilogramm) geladen, aber in der Praxis konnte die Maschine nur ein Zehntel des Gewichts unterstützen.

"Wir haben festgestellt, unser Gerät war nicht das höchste Potenzial durchführen und Ingenieure hasse ineffizient Dinge", sagte Studienautor Blei Elliot Hawkes, Maschinenbau-Ingenieur an der Stanford University.

Jetzt haben Hawkes und seine Kollegen Natur mit Gecko-inspirierten Neugeräte übertroffen, die sie verwendet haben, um Glaswände zu klettern. Die Geräte sind etwa so groß wie eine menschliche Hand aber dennoch stark genug, um das Gewicht einer Person zu tragen sind.

Im Gegensatz dazu würde man irgendwie versuchen Kletterwände mit echter Gecko-Füße, würde ein Kletterer mit einem Gewicht von ca. 155 lbs (70 kg) eine klebrige Oberfläche mindestens 186 Quadratzoll (1.200 Quadratzentimeter) große erfordern. Im Vergleich dazu hat ein moderne Tennisschläger eine Fläche von etwa 105 Quadratzoll (675 qm cm).

Wie es funktioniert

Das Gerät besteht aus zwei Platten, die ein Kletterer hält. Jede Platte ist mit 24 Fliesen, je ca. 1 Zoll (6.4 qm cm) groß, oder etwa so groß wie eine Briefmarke bedeckt. Jede Fliese ist bedeckt mit winzigen Silicon Kautschuk Haare etwa 100 µm hoch oder so groß wie ein durchschnittliche menschliches Haar breit ist.

Jede Fliese ist mit dem Rest des Gerätes durch eine tendonlike Schnur verbunden, die in einer Feder aus einer Legierung bekannt als Nitinol endet. Im Gegensatz zu den meisten Quellen, die steifere bekommen, wenn sie ausstrecken, steif Nitinol Federn weniger je mehr sie zu dehnen.

Durch die geschickt Anordnung der Sehnen, sichergestellt die Forscher, dass ein Bergsteiger Gewicht gleichmäßig auf jede Fliese verteilt wird.

"Ich war der Kletterer in den Tests", sagte Hawkes. "Das war sehr spannend. Zu Glas fühlte sich ein wenig magische klettern zu können – es fühlt sich an wie Sie, das Gerät auf eine perfekt flach glatte Oberfläche anschließen sind, und es fühlt sich nicht möglich. " [Science Fakt oder Fiktion? Die Plausibilität der 10 Sci-Fi-Konzepte]

Echte Geckos und früheren synthetischen geckolike Geräten verteilen Gewicht in einer Weise, dass einige Flecken Klebstoff mehr Gewicht als ihre Nachbarn unterstützen. "Dann, wenn eine Kachel mit Gewicht überlastet wird, es schlägt fehl, dann seinen Nachbarn schlägt fehl, und ein solches Versagen wird wie eine Lawine ausbreiten", sagte Co-Studienautor Mark Cutkosky, Maschinenbau-Ingenieur an der Stanford University.

Die neuen Geräte unterstützen, was im wesentlichen Pedale sind, denen ein Kletterer seine oder ihre Füße in stellt. Auf diese Weise ist der Kletterer Gewicht auf den selbstklebenden Fliesen und nicht auf die Kletterer Arme ziehen. "Es wie eine bewegliche Leiter, fühlt sich an wie setze ich eine neue Sprosse mit jedem Schritt," sagte Hawkes.

"Um den Kleber auf eine Oberfläche zu bleiben: Sie treten nur an der Oberfläche, und um es abheben, nehmen Sie einfach Ihr Gewicht von der Oberfläche", sagte Co-Studienautor Eric Eason, eine angewandte Physiker an der Stanford University.

Hawkes, die weder als Hobby oder professionell klettert. "Ich wollte ein System zu entwickeln, die eine tägliche Person benutzen konnte," sagte er.

Gecko-inspirierten tech

Im Juni berichtete Forscher an das US Department of Defense, Entwicklung einer Reihe von Gecko-inspirierten handheld Paddel, die einen 218-lb (99 Kilogramm) Mann eine Packung 50-lb (23 kg) zu tragen, während er eine 25-Fuß-hohe (7,6 Meter) Glaswand skaliert unterstützen könnte. Diese Paddel sind jedoch viel größer als die neuen Geräte, die Hawkes und seinen Kollegen entwickelt haben.

Die Wissenschaftler suchen nun ihre Kleber verwenden, um Müll im Raum zu ergattern. Orbital Debris kann viel Schaden verursachen, durch knallte in Satelliten, Astronauten und Satelliten mit Geschwindigkeiten viel schneller als Kugeln. Magneten würde nicht gut im Weltraumschrott einfangen, denn viele Strukturen im Raum aus Materialien bestehen, die im besten Fall schwach von Magnetfeldern angezogen werden. Saugnäpfe sind ebenso keine praktikable Lösung, da sie nur in der Luft, nicht in das Vakuum des Weltraums arbeiten, und viele andere Klebstoffe würden Einfrieren und in der Kälte des Weltraums zu knacken.

"Wir arbeiten an einem Projekt zur"Garbage Truck"Satelliten, die greifen Weltraumschrott und entfernen sie einen Friedhofsorbit oder der Atmosphäre, wo es verbrennen kann, kann", sagte Hawkes.

Anwendungen näher zur Erde gehören Fertigung Roboter Scheiben aus Glas, Sonnenkollektoren und video-Bildschirme zu fassen. Die Technologie könnte auch verwendet werden, um Klettern Roboter "zu inspizieren oder Fenster putzen" zu entwickeln, sagte Eason. Klebrige Polster könnte auch helfen, fliegende Roboter-Drohnen-Klammern auf Windows sagte Hawkes.

Die Wissenschaftler ihre Ergebnisse detailliert Online-18 November in der Zeitschrift Schnittstelle.

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