19/04/2024
Door Ad Spijkers
Wetenschappers van de University of Bristol hebben een nieuw robotachtige zuigmechanisme ontwikkeld die ruwe, gebogen en zware stenen kan vastpakken.
Het team bestudeerde de structuren van de biologische zuignappen van octopussen, die uitstekende adaptieve zuigmogelijkheden hebben waardoor de dieren zich aan rotsen kunnen verankeren. In hun bevindingen laten de onderzoekers zien hoe ze een meerlaagse zachte structuur en een kunstmatig vloeistofsysteem konden creëren om de spier- en slijmstructuren van biologische zuignappen na te bootsen.
Hechting door zuigen
Zuigen is een sterk ontwikkelde biologische adhesiestrategie voor organismen met een zacht lichaam om een sterke grip op verschillende objecten te bereiken. Biologische zuignappen kunnen zich adaptief hechten aan droge, complexe oppervlakken zoals rotsen en schelpen. Maar dat vermogen vormt een grote uitdaging voor de huidige kunstmatige zuignappen. Er wordt aangenomen dat de adaptieve zuigkracht van biologische zuignappen het resultaat is van de mechanische vervorming van hun zachte lichaam. Maar sommige onderzoeken impliceren dat slijmafscheiding in de zuignap een andere kritische factor kan zijn bij het helpen hechten aan complexe oppervlakken, dankzij de hoge viscositeit.
De belangrijkste ontwikkeling is dat de onderzoekers de effectiviteit hebben aangetoond van de combinatie van mechanische conformatie (het gebruik van zachte materialen om zich aan te passen aan de vorm van het oppervlak) en vloeibare afdichting (de verspreiding van water op het contactoppervlak voor het aanpassingsvermogen van de zuigkracht op complexe oppervlakken). Dit zou ook het geheim kunnen zijn achter het vermogen van biologische organismen om adaptieve zuigkracht te bereiken.
Het meerschalige zuigmechanisme van de onderzoekers in Bristol is een organische combinatie van mechanische conformatie en gereguleerde waterslot. Meerlaagse zachte materialen genereren eerst een ruwe mechanische conformatie aan het substraat, waardoor lekkende openingen tot slechts micrometers worden beperkt. De resterende micron-openingen worden vervolgens afgedicht door gereguleerde waterafscheiding uit een kunstmatig vloeistofsysteem gebaseerd op het fysieke model, waardoor de zuignap een lange zuigduur bereikt op diverse oppervlakken, maar met minimale overstroming.
Toekomst
Volgens de onderzoekers is het gepresenteerde adaptieve zuigmechanisme een krachtige nieuwe adaptieve zuigstrategie die een belangrijke rol kan spelen bij de ontwikkeling van veelzijdige zachte adhesie. De huidige industriële oplossingen maken gebruik van luchtpompen die altijd aan staan om actief zuigkracht op te wekken, maar deze verbruiken veel energie. Veel natuurlijke organismen met zuignappen (waaronder octopussen, sommige vissen zoals zuigvissen en remoras, bloedzuigers, gastropoden en stekelhuidigen) kunnen hun uitstekende adaptieve zuigkracht op complexe oppervlakken behouden. Dat doen ze zonder een pomp nodig te hebben door gebruik te maken van hun zachte lichaamsstructuren.
De bevindingen hebben een groot potentieel voor industriële toepassingen. Te denken valt aan bieden van een robotgrijper van de volgende generatie voor het grijpen van een verscheidenheid aan onregelmatige objecten. Het onderzoeksteam wil nu een intelligentere zuignap bouwen door sensoren in de zuignap te integreren om het gedrag van de zuignap te regelen.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: Tianqi Yue