La squadra, con sede a Laboratorio di robotica di Bristolhanno studiato le strutture dei polloni biologici dei polpi, che hanno superbe capacità di aspirazione adattativa che consentono loro di ancorarsi alla roccia.
Nelle loro scoperte, pubblicate oggi sulla rivista PNAS, i ricercatori mostrano come sono riusciti a creare una struttura morbida multistrato e un sistema fluidico artificiale per imitare la muscolatura e le strutture del muco dei polloni biologici.
L'aspirazione è una strategia di adesione biologica altamente evoluta per gli organismi dal corpo molle per ottenere una forte presa su vari oggetti. I polloni biologici possono attaccarsi in modo adattivo a superfici complesse e asciutte come rocce e conchiglie, che sono estremamente impegnative per le attuali ventose artificiali. Sebbene si creda che l'aspirazione adattativa dei polloni biologici sia il risultato della deformazione meccanica del loro corpo molle, alcuni studi implicano che la secrezione di muco nei polloni possa essere un altro fattore critico nel favorire l'adesione a superfici complesse, grazie alla sua elevata viscosità.
Autore principale Tianqi Yue ha spiegato: “Lo sviluppo più importante è che abbiamo dimostrato con successo l’efficacia della combinazione di conformazione meccanica – l’uso di materiali morbidi per conformarsi alla forma della superficie, e tenuta liquida – la diffusione dell’acqua sulla superficie di contatto per migliorare l’adattabilità di aspirazione su superfici complesse. Questo potrebbe anche essere il segreto dietro la capacità degli organismi biologici di ottenere un’aspirazione adattiva”.
Il loro meccanismo di aspirazione multiscala è una combinazione organica di conformazione meccanica e tenuta idraulica regolata. I materiali morbidi multistrato generano innanzitutto una conformazione meccanica ruvida al substrato, riducendo le aperture di perdita a soli micrometri. Le rimanenti aperture di dimensioni micron vengono quindi sigillate dalla secrezione d'acqua regolata da un sistema fluidico artificiale basato sul modello fisico, in tal modo la ventosa raggiunge una lunga longevità di aspirazione su various superfici ma con un trabocco minimo.
Tianqi ha aggiunto: “Riteniamo che il meccanismo di aspirazione adattiva multiscala presentato sia una nuova potente strategia di aspirazione adattiva che potrebbe essere determinante nello sviluppo di un’adesione morbida e versatile.
”Le attuali soluzioni industriali utilizzano pompe advert aria sempre attive per generare attivamente l'aspirazione, ma queste sono rumorose e sprecano energia.
“Senza bisogno di una pompa, è noto che molti organismi naturali dotati di ventose, tra cui i polpi, alcuni pesci come i pesci ventosa e le remore, le sanguisughe, i gasteropodi e gli echinodermi, possono mantenere la loro superba aspirazione adattativa su superfici complesse sfruttando il loro corpo molle strutture”.
I risultati hanno un grande potenziale per applicazioni industriali, come la fornitura di una pinza robotica di prossima generazione per afferrare una varietà di oggetti irregolari.
Il group ora prevede di costruire una ventosa più intelligente, incorporando sensori nella ventosa per regolarne il comportamento.
Carta
'Aspirazione adattiva multiscala bioispirata su superfici asciutte complesse potenziata dalla secrezione regolata di acqua' di Tianqi Yue, Weiyong Si, Alex Keller, Chenguang Yang, Hermes Bloomfield-Gadêlha e Jonathan Rossiter in PNAS.
