Исследователи из Института интеллектуальных систем имени Макса Планка и Университет Карнеги — Меллон разработали искусственный аналог лапы геккона, который может прилипать к поверхностям почти любой формы и при этом включается и выключается с помощью простого насоса. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Подход, в рамках которого инженеры и ученые создают новые технологии не с нуля, а вдохновляясь примерами из природы, называется бионикой или биомиметикой. Одним из наиболее часто копируемых биологических «прототипов» в этом смысле являются лапки геккона: они покрыты множеством волосков толщиной в сотни нанометров, которые взаимодействуют с поверхностью посредством сил Ван-дер-Ваальса. При контакте лапки с субстратом возникает сильная адгезия, благодаря которой гекконы могут легкодержаться на вертикальных стенах и даже ходить по потолку. 

Одно из главных ограничений тех искусственных устройств, которые пытаются воспроизвести «липучесть» лапок геккона, заключается в том, чтообычно такие системы хорошо прилипают лишь к идеально плоским поверхностям. При контакте с криволинейными или грубыми субстратами нужной силы адгезии добиться оказывается невозможно. 

Sukho Song et al. / PNAS, 2017

Инженеры решили обойти это ограничение и разработали новое устройство-прососку, работа которого основана на использовании двух контактных поверхностей: основной мембраны, которая непосредственно взаимодействуетс субстратом, и вспомогательной внутренней поверхности, которая прижимает эту мембрану к субстрату. Включается устройство тогда, когда из внутренней камеры между двумя поверхностями откачивается воздух. В результате вспомогательная часть прикасается к мембране и равномерно ее прижимает к поверхности. Из-за этого в контакте с субстратом задействуются почти все микроворсинки (или микроцилиндры) контактной мембраны и ее «прилипаемость» многократно повышается.

Иллюстрация работы устройства. Sukho Song et al. / PNAS, 2017

Камера и адгезивная мембрана устройства. Sukho Song et al. / PNAS, 2017

Микроструктура адгезивной мембраны. Sukho Song et al. / PNAS, 2017

Предметы, которые удалось поднять с помощью устройства. Sukho Song et al. / PNAS, 2017

Исследователи опробовали получившееся небольшое устройство на нескольких бытовых предметах: керамической чашке, пакете с лапшой быстрого приготовления, помидорах-черри. Масса самого тяжелого из грузов (колбы с реактивом) составила около 300 грамм. Процесс происходил следующим образом: мембранаподносилась к объекту, затем из камеры спомощью шприца выкачивался воздух, и два слоя липучки соприкасались друг с другом, захватывая предмет.

Микроструктура лап гекконов. Наличие множества мелких волосков позволяет гекконам держаться даже на вертикальных поверхностях. Sukho Song et al. / PNAS, 2017

Это далеконе первое устройство, использующее структуру, напоминающую лапы геккона. Недавно был представлен сухой клей из нанотрубок, и миниатюрные роботы, которые за счет похожего принципа могут буксировать автомобиль.

Автор: Григорий Копиев