Kolay Seri Üretime Hazır Tersinir “Gecko” Yapıştırıcılar

Kertenkele neden gökdelene tırmanır? Çünkü ayak parmakları herhangi bir şeye yapışabilir. Birkaç yıldır mühendisler kertenkele yapışkanlığının sırlarını biliyorlar ve nesneleri toplamak ve serbest bırakmaya yarayan lastik bantlarda kertenkele yapışkanlığını taklit ettiler, ancak hala günlük kullanım için basit seri üretime geçilemedi.

Gürcistan Teknoloji Enstitüsündeki araştırmacılar, yeni bir çalışmada, kertenkelelerden ilham alan yapışkan malzemeler yapmak için mevcut yöntemlerden çok daha uygun maliyetli bir yöntem geliştirdiler. Bu yöntem, seri üretime ve çok yönlü kavrama bantlarının imalatına ve evlere yayılmasına olanak sağlayabilir.

Burada mavi renkli, birkaç yüz mikron yüksekliğindeki esnek duvarlar, bir kertenkele ayağının yüzeyini taklit ederek aynı türden yapışma kuvvetini oluşturur – ancak hayvanın pençesinden çok, çok daha güçlüdür.

“Kertenkele yapışma” yüzeylerine sahip polimerler, aynı montaj hattında bile çok farklı nesneleri toplamak için kullanılabilen son derece çok yönlü tutuculardır. Hem resme hem de duvara aynı anda yapışarak resmin asılmasını kolaylaştırabilirler. Kertenkele yapışma özelliğine sahip elektrikli süpürge robotları, günün birinde yüksek binaların dış cephelerini temizleyebilir.

Michael Varenberg (çalışmanın baş araştırmacısı ve Gürcistan Teknoloji Enstitüsünün George W. Woodruff Makine Mühendisliği Okulu’nda yardımcı doçent)

“Teflon gibi şeyler hariç, her şeye yapışacaktır. Bu, üretimde açık bir avantajdır, çünkü kaldırmak istediğimiz belirli yüzeyler için tutucuyu hazırlamak zorunda değiliz. Kertenkele esintili yapıştırıcılar, kutular gibi düz nesneleri kaldırabilir ve daha sonra yumurta ve sebze gibi kavisli nesneleri kaldırabilir.” diyor.

Kelepçeler, mıknatıslar ve vantuzlar gibi montaj hatlarındaki mevcut tutucuların her biri sınırlı aralıktaki nesneleri kaldırabilir. Kuru, tutkal veya yapışkan madde içermeyen kertenkeleden ilham alan yüzey tutucuları, birçok tutucunun yerini alabilir ve diğer kavrama mekanizmalarının bıraktığı kapasite açığını kapatabilir.

Jilet Boyu Uzatma

Yapışma, malzemenin yüzeyi boyunca birbirine paralel uzanan kısa, sarkık duvarların bölümleri gibi görünen birkaç yüz mikron boyutundaki çıkıntılardan gelir. Kertenkelelerin ayaklarını taklit ederek nasıl çalıştıkları aşağıda açıklanmıştır.

Şimdiye kadar, kalıplama, bu mezo ölçekli duvarları, malzemeleri bir şablon üzerine dökerek, karışımın reaksiyona girmesine ve esnek bir polimer haline gelmesine izin verdikten sonra kalıptan çıkararak üretmiştir. Ancak bu yöntem sakıncalıdır.

Kertenkele yapışma yüzeyinin laboratuvar jiletlerinin sertleşen bir polimerin içine itilmesiyle nasıl yapıldığını göstermektedir. Jilet bıçakları dışarı çekilir, çentikler bırakılır ve polimerin bir kısmı yukarı doğru gerilir, bu da kertenkele yapışma etkisini üreten esnek duvarlar oluşturur.

“Kalıplama teknikleri pahalı ve zaman alan süreçlerdir. Ve kertenkele benzeri malzemenin şablondan çıkarılmasıyla ilgili sorunlar var, bu da bağlantı yüzeyinin kalitesini bozabilir. ” diyor Varenberg.

Araştırmacıların yeni yöntemiyle, malzemeleri kalıp yerine pürüzsüz bir yüzeye dökerek duvarlar oluşturuldu ve daha sonra polimer parça parça jilet sıraları içine daldırıldı. Malzeme, bıçakların etrafına biraz daha fazla konulup, daha sonra dışarı çekildi ve istenen duvarlarla çevrili mikron ölçekli girintileri oluşturmuş oldu.

Varenberg ve birinci yazar Jae-Kang Kim, 6 nisan 2020’de Amerikan Kültür Dergisi (ACS)’nde Uygulamalı Malzemeler ve Ara yüzleri başlığıyla yeni yöntemlerinin ayrıntılarını yayınladı.

Mükemmelliği Unutun

Yeni yöntem, kalıplamadan daha kolay olsa da, bir elektron mikroskobu altında ince ayrıntıları incelerken, yöntemi geliştirmek bir yıl sürdü.

“Kontrol edilecek birçok parametre var: Sıvının viskozitesi ve sıcaklığı, zamanlama, hız ve bıçakların çekilme mesafesi. Ayar polimerinin bıçaklara uyguladığı esnekliğin duvarları yukarıya doğru gerecek kadar olmasına ihtiyacımız vardı, duvarların yırtılmasına neden olacak kadar sert olmasına değil. ” diyor Varenberg.

Kertenkeleden esinlenen yüzeyler mikron ölçekte ve hatta bazen nano ölçekte ince bir topografyaya sahiptir ve kalıplama yoluyla yapılan yüzeyler genellikle en hassas olanlardır. Ancak böyle bir mükemmellik gereksizdir; yeni yöntemle yapılan malzemeler işi iyi çıkardı ve belirgin bir şekilde sağlamdı.

“Kertenkele yapışmasını gösteren birçok araştırmacı, bunu temiz bir odada, temiz bir teçhizatla yapmak zorunda. Sistemimiz normal ayarlarda sadece düz çalışıyor. Sağlam ve basit, ayrıca endüstride ve evlerde kullanım için iyi bir potansiyele sahip olduğunu düşünüyorum. ” diyor doğadaki yüzeyleri inceleyip avantajlı nitelikleri insan yapımı malzemelerde taklit etmeye çalışan Varenberg.

Kertenkele Ayak Tüyü

Kertenkelenin ayağına bakın. Ayak parmaklarında çıkıntılar vardır ve bu geçmişte bazılarının ayaklarının emme yoluyla ya da cilt tarafından bir tür kavrama ile yapıştığını düşünmesine neden olmuştur.

Ancak elektron mikroskopları daha derin bir yapı ortaya koyuyor – spatula şeklindeki kıllı fibriller, bu çıkıntılardan birkaç düzine mikron uzağa çıkıntı yapıyor. Fibriller, nano ölçeğe kadar yüzeylerle o kadar derinlemesine temas kurarlar ki, her iki taraftaki atomlar arasındaki zayıf çekimler, genel olarak güçlü bir yapışma oluşturmak için muazzam bir şekilde toplanır gibi görünür.

Tüyler yerine, mühendisler, etkiyi yaratan malzemeleri kaplayan şekil dizileri geliştirdiler. Ortak bir şekil, bir malzemenin yüzeyinin birkaç yüz mikron büyüklüğünde bir mantar tarlası gibi görünmesini sağlar; diğeri, bu çalışmada olduğu gibi kısa duvar dizileri.

“Mantar desenleri bir yüzeye temas eder ve hemen bağlanırlar, ancak koparmak için dezavantajlı olabilecek kuvvetlerin uygulanması gerekir. Duvar şeklindeki çıkıntılar, yapışma oluşturmak için bir çekme veya hafif bir tutuş gibi küçük bir kesme kuvveti gerektirir, ancak bu çok kolaydır ve nesneyi bırakmak da karmaşık değildir, ” diyor Varenberg.

Varenberg’ in araştırma ekibi, aralarında U şeklinde boşluklar olan duvarlar ve aralarında V şeklinde boşluklar bulunan duvarlar oluşturmak için çizim yöntemini kullandı. Polivinilsiloksan (PVS) ve poliüretan (PU) ile çalıştılar. PVS’ de yapılan V şekli en iyi sonucu verdi, ancak poliüretan endüstri için daha iyi bir malzemedir, bu nedenle Varenberg’ in grubu artık mümkün olan en iyi kombinasyon için PU’ da V şeklindeki kertenkele tutuş modelini elde etmeye çalışacak.

Kaynak: scitechdaily.com