Yılan Derisi, Sürtünmeyi Azaltan Yeni Malzemeye İlham Veriyor

Fotoğraf: “SLIP” kelimesini hecelemek için esnek bir malzemeye uygulanan yeni bir tür sentetik “deri”.

Yakın zamanda ACS Applied Materials & Interfaces dergisinde yayınlanan araştırma, mühendislikte yeterince dile getirilmeyen bir sorunu ele alıyor: Sürtünme.

Yeni makalenin kıdemli yazarı Yifu Ding, her gün robotlardan arabalara kadar makinelerin sırf parçaları birbirine sürtündüğü için muazzam miktarda enerji kaybettiğini açıkladı. Ding ve meslektaşları bu kaybı azaltmaya çalışmak için doğadan, özellikle de doğanın en kaygan üyelerinden ipuçları aldılar.

Paul M. Rady Makine Mühendisliği Bölümü’nde profesör olan Ding, “Bir yılanın vücudu, kendisini her türlü şekle dönüştürebilecek kadar yumuşaktır.” diye açıkladı. “Gerektiği takdirde gerçekten hızlı hareket edebiliyor, çünkü derisinin sürtünmesi kısmen oldukça düşük.”

Araştırmacılar son çalışmalarında elastomer adı verilen kauçuk veya esnek malzemeler gibi mevcut yüzeylere ince bir deri tabakası koymalarına olanak tanıyan katı-sıvı arayüzey polimerizayonu (SLIP) adlı bir araç geliştirdiler. Bu katman bir yılanın pullarına çok benziyor ve aksi bir halde yapışkan bir yüzeyi kayma tehlikesi haline getirebiliyor.

Teknoloji, sürtünmeyle savaşan ancak ıslanmaya tahammül edemeyen makineler için bir nimet olabilir.

Ding geleneksel yağlayıcılar ile ilgili, “Yumuşak robotlar veya giyilebilir sensörler gibi, geleneksel sıvı yağlayıcıları kullanamayacağınız birçok yeni mühendislik uygulaması var. Aksine, yüzeyin kendisini değiştirmelisiniz.” açıklamasını yaptı.

Sıklıkla nefret edilen yılanlar sayesinde artık bu uygulamalar mümkün.

Fotoğraf: Yakından görülen yılan pulları.

Pullarda Ne Var?

Kuzey Amerika’da yaygın olarak görülen çizgili jartiyer yılanlardan parlak yeşil asma yılanlara kadar tüm yılanlar başarılarının çoğunu pullarına borçludur. Bu küçük yapılardan birini mikroskop altına koyarsanız, bunların birbiri üzerine yığılmış birçok doku katmanından oluştuğunu fark edeceksiniz.

Ding, “Üst katman tırnaklarımızın yapıldığı keratin gibidir.” dedi. “Çok kırılgan ve sert. Sonra pullar yavaş yavaş çok daha yumuşak bir malzemeye dönüşüyor.”

Yumuşak katman üzerine sert olan bu kombinasyon, yılanların kenarlarının oluşmasını sağlar ve hala esnek kalırken sürtünmelerini düşük tutmalarına yardımcı olur. Bu, aynı zamanda Ding ve meslektaşlarının laboratuvarda çoğaltmak istediği bir özelliktir.

Grup, pek çok tıbbi teknolojide yaygın olan elastik bir malzeme olan polidimetilsiloksandan (PDMS) yapılmış bir bazla başladı. Araştırmacılar daha sonra bu temel üzerine ince, pul benzeri bir sentetik malzeme tabakası yerleştirmek için SLIP tekniğini kullandılar.

Ding’in açıkladığı yöntem, küçük molekülleri bir sıvı film halinde karıştırarak ve ardından onları süspansiyondan ayırmak için ışık kullanarak – bir kase çorbanın dibine batan bezelye gibi – çalıştığını açıkladı. Bu yapı taşları PDMS’ye sızar ve hibrit bir cilt tabakası oluşturur.

Bu, yılan derisi çizmelerine eşdeğer bir laboratuvar örneği olarak sonuçlanır.

Ding, “Hiçbir şey ona yapışamaz. Dokunabilirsin ve parmağın kayar.” açıklamasını yaptı.

Fotoğraf: Mikroskop altında görülen yılan derisinden ilham alan sentetik “deri”.

Kayma ve Sürüklenme

Ding ve kısa süre önce CU Boulder’dan doktora derecesini alan Mengyuan Wang dahil meslektaşları buluşlarının yılana ne kadar benzediğini kanıtlamak için görünüşte basit bir dizi test gerçekleştirdi. Ekip, hem hibrit hem de normal PDMS’ye ağırlık ekledikten sonra bunları çeşitli eğimli yüzeylere koydu.

Wang, düz malzeme kıpırdamazken ekibin yılan derisi ile işlenmiş PDMS’sinin, hafif eğimlerden bile aşağı kaydığını söyledi.

Wang, PDMS’in gerçekten yapışkan olduğunu belirtip sözlerine şöyle devam etti, “”Tamamen baş aşağı çevirseniz bile, yüzeylere yapışmaya devam edecektir.”

Grup, ekibin yılan derisinin birçok seramik malzeme ve parlak metal ile benzer seviyelerde sürtünmeye sahip olduğunu buldu. Ding, SLIP yönteminin, kelimeleri heceleyen şekiller de dahil olmak üzere, bu dış görünümün herhangi bir düzende yerleştirebilecek kadar hünerli olduğunu ekledi.

Kaygan yüzeyini gerçek robot eklemlerine uygulamaya başlamadan önce ekibin önünde hala yapılacak çok iş var. Ancak araştırma, arkadaş canlısı bir yılana teşekkür etmek için başka bir nedeni gösteriyor.

Ding, “Yeni malzemeler tasarlarken, ne tür bir yapı yapacağımızı her zaman bilemiyoruz,” dedi. “Ama doğada bir örnek varsa, işe yarayabileceği zaten kanıtlanmıştır, bu yüzden onu taklit edebiliriz.”

Kaynakça: phys.org