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Cinta Gecko que se deja ir
Los pies de gecko han sido durante mucho tiempo una fuente de inspiración para los científicos que se esfuerzan por fabricar adhesivos reutilizables súper fuertes. Ahora, los investigadores de la Universidad Carnegie Mellon han encontrado una nueva forma de hacer un agarre adhesivo y soltarlo según sea necesario, utilizando microestructuras en ángulo. Estas estructuras imitan las puntas de los pelos que se encuentran en los dedos de los pies del gecko, lo que le da al lagarto su destreza como escalador.
Poder de adherencia: Estas puntas en ángulo, de aproximadamente 40 micrones de diámetro, proporcionan el mismo poder de adherencia controlado que los dedos de los pies de un gecko.
Los adhesivos tipo gecko ya se han mostrado prometedores como agente de unión para aplicaciones quirúrgicas. Algunos investigadores creen que la habilidad especial del gecko también podría ser la clave para crear robots trepadores confiables para misiones de reconocimiento y exploración espacial.
Los dedos de los pies de un gecko tienen millones de pelos muy pequeños agrupados muy juntos. Al final de cada cabello hay cientos de estructuras diminutas en forma de platillo, llamadas espátula. Las fuerzas de atracción débiles, conocidas como fuerzas de van der Waals, sostienen cada espátula contra la superficie del objeto por el que un gecko intenta trepar. Cuando las fuerzas de millones de espátulas trabajan juntas, crean un vínculo poderoso que permite que un gecko se adhiera a casi cualquier cosa, incluso al revés.
En 2006, el equipo, dirigido por Metin Sitti , profesor asistente de ingeniería mecánica en Carnegie Mellon, desarrolló puntas planas en forma de hongo que imitan la espátula. Las puntas pudieron lograr la misma fuerza de agarre que un gecko, pero no había una manera fácil de lograr que estas puntas liberaran su agarre. Más tarde, el equipo se dio cuenta de que la clave para controlar la adherencia residía en cambiar el ángulo de la espátula. Entonces, el equipo de Sitti tomó las puntas y las colocó sobre fibras de polímero, inclinándolas aproximadamente 28 grados para imitar el ángulo entre un cabello de gecko y una espátula. A medida que se aplica presión en la dirección de las fibras en ángulo, el área de contacto entre cada espátula y el objeto aumenta, aumentando el poder de adherencia. Tirar en la dirección opuesta reduce el área de contacto y hace que las fuerzas de atracción disminuyan, de modo que la cinta de gecko, como la llama Sitti, pueda soltarse. El adhesivo del grupo pudo sostener un peso de un kilogramo cuando se aplicó presión en la dirección de las fibras en ángulo. Un peso de 300 gramos tirando en la dirección opuesta fue suficiente para liberar el agarre de la cinta. Los investigadores detallaron sus resultados en una edición reciente de Pequeña .
Pegajosidad controlable: En la primera imagen, la fibra de polímero en ángulo tiene un peso de un kilogramo en una dirección. La segunda imagen muestra cómo un peso de 300 gramos tirando en otra dirección hace que los enlaces se rompan.
El adhesivo permitirá robots trepadores y robots cápsula más robustos y eficientes en el consumo de energía, dice Sitti, quien desarrolla ambos en su laboratorio.
Otros investigadores han podido lograr un poder de adherencia mucho mayor que el de un gecko usando nanotubos de carbono. Si bien las fibras de nanotubos más rígidos pueden adherirse fuertemente a una pared, tienen más dificultades para colgarse del techo, dice Sitti, y agrega que su adhesivo pudo sostener 500 gramos del techo. Otra gran ventaja de las fibras poliméricas utilizadas por Sitti es que son fácilmente escalables en la fabricación y rentables, dice.
Sitti ahora comercializa estas fibras poliméricas en ángulo para su uso en equipos deportivos y adhesivos para la piel a través de su puesta en marcha, nanoGriptech.
El diseño en la punta es interesante, dice Liming Dai, profesor de ingeniería de materiales en la Universidad de Dayton, quien usó nanotubos de carbono para lograr una fuerza 10 veces más fuerte que los pies de gecko. Lo único que tienen los polímeros es que se pueden fabricar fácilmente en nanofabricaciones para la punta. Además, es barato.
Este es un trabajo claramente innovador, dice Jeffrey Karp , bioingeniero de la División de Ciencias de la Salud de Harvard-MIT, que creó una cinta de gecko médica segura y de un solo uso. Será interesante ver si este proceso se puede escalar para aplicaciones industriales, o si los adhesivos funcionan mejor en condiciones húmedas, una limitación importante para muchos de los adhesivos que imitan a los gecos.
Sitti dice que su grupo planea cubrir las puntas en forma de hongo con materiales para que funcionen también en el agua. Esto podría ser importante para las aplicaciones médicas: podría garantizar que los parches de medicamentos, por ejemplo, no se deslicen cuando la piel se pone sudorosa, dice Sitti.
Quedan otros desafíos. Actualmente, las puntas solo se adhieren durante unas horas antes de soltar su agarre. Ali Dhinojwala , un profesor de la Universidad de Akron que también trabaja en adherencias inspiradas en gecko, dice que idealmente, el adhesivo será autolimpiante para que pueda usarse una y otra vez.