Graças aos elementos adesivos especiais em seus pés, lagartixas, aranhas e besouros podem correr facilmente ao longo de tetos ou paredes. A ciência da biônica tem tentado imitar e controlar essas habilidades bioinspiradas para aplicações tecnológicas e a criação de materiais artificiais. Uma equipe de pesquisa da Kiel University (CAU) conseguiu aumentar significativamente o efeito adesivo de um material de silicone. Para fazer isso, eles combinaram dois métodos:primeiro, eles estruturaram a superfície em microescala com base no exemplo dos pés de besouro, e depois tratou-o com plasma. Além disso, eles descobriram que a adesividade do material estruturado muda drasticamente se ele for dobrado em vários graus. Entre outras áreas de aplicação, seus resultados podem ser aplicados ao desenvolvimento de pequenos robôs e dispositivos de preensão. Eles foram publicados nas últimas edições das revistas científicas Materiais avançados e Materiais e interfaces aplicados ACS .

Os materiais elásticos sintéticos, como os elastômeros de silicone, são muito populares na indústria. Eles são flexíveis, reutilizável, barato e fácil de produzir. Eles são, portanto, usados ​​como selos, para isolamento, e como proteção contra corrosão. Contudo, devido à sua baixa energia superficial, eles dificilmente são adesivos. Isso torna difícil pintar superfícies de silicone, por exemplo.

O professor Stanislav N. Gorb e Emre Kizilkan do grupo de trabalho de Morfologia Funcional e Biomecânica estão pesquisando como melhorar as propriedades adesivas dos elastômeros de silicone. Seu exemplo para imitar é a estrutura da superfície de certos besouros de folhas machos (Chrysomelidae), parecendo cogumelos. Em dois estudos recentes, eles descobriram que os elastômeros de silicone aderem melhor se sua superfície for modificada em estruturas semelhantes a cogumelos e, posteriormente, tratada especificamente com plasma. O gás eletricamente carregado é um quarto estado da matéria ao lado dos sólidos, líquidos e gases. Assim, os pesquisadores combinaram métodos geométricos e químicos para imitar a biologia. Além disso, eles mostraram que o grau de curvatura dos materiais afeta sua adesão.

"Animais e plantas nos fornecem uma vasta experiência sobre alguns recursos incríveis. Queremos transferir os mecanismos por trás deles para materiais artificiais, ser capaz de controlar seu comportamento de maneira direcionada, "disse o zoólogo Gorb. Seu objetivo de adesão reversível na faixa micro sem a cola tradicional poderia fazer aplicações completamente novas concebíveis - por exemplo, em microeletrônica.

Durante os testes experimentais, os silicones são curvos

Em uma primeira etapa, a equipe de pesquisa comparou elastômeros de silicone de três superfícies diferentes:uma não estruturada, um com elementos em forma de pilar e um terceiro com estrutura em forma de cogumelo. Usando um micro-manipulador, eles colocaram uma bola de vidro nas superfícies e a removeram novamente. Eles testaram como a adesão muda quando os materiais com superfícies microestruturadas são curvados convexos (para dentro) e côncavos (para fora). "Desta maneira, fomos capazes de demonstrar que os materiais de silicone com uma estrutura semelhante a um cogumelo e côncava curva têm a dupla faixa de força adesiva, "disse o pesquisador doutorado Emre Kizilkan, primeiro autor do estudo. "Com esta estrutura de superfície, podemos variar e controlar ao máximo a adesão dos materiais. "

Em uma segunda etapa, os cientistas trataram os elastômeros de silicone com plasmas. Este método é normalmente usado para funcionalizar materiais plásticos, a fim de aumentar sua energia superficial e melhorar suas propriedades adesivas. Em comparação com outros métodos que usam líquidos, tratamentos de plasma podem prometer maior longevidade - no entanto, eles freqüentemente danificam as superfícies dos materiais.

Para descobrir como os tratamentos de plasma podem melhorar significativamente a adesão de um material sem danificá-lo, os cientistas variaram parâmetros diferentes, como a duração ou a pressão. Eles descobriram que a adesão de superfícies não estruturadas em um substrato de vidro aumentou cerca de 30 por cento após o tratamento com plasma. Na superfície estruturada em forma de cogumelo, a adesão aumentou até 91 por cento. "Essas descobertas nos surpreenderam particularmente, porque a superfície estruturada é apenas metade do tamanho da não estruturada, mas o aumento da adesão foi três vezes melhor após o tratamento com plasma, "explicou Kizilkan.

O que acontece quando as superfícies estruturadas tratadas e não tratadas são removidas do substrato de vidro mostra as gravações com uma câmera de alta velocidade:Por causa de sua maior energia de superfície, a microestrutura tratada com plasma permanece totalmente em contato com a superfície do vidro por 50,6 segundos. Contudo, a área de contato da microestrutura não tratada é reduzida rapidamente em cerca de um terço durante o processo de remoção, razão pela qual a microestrutura se desprende completamente do substrato de vidro após 33 segundos já (Figura 3).

“Portanto, temos em uma área muito pequena uma adesão extremamente forte com uma ampla gama, "diz Kizilkan. Isso torna os resultados especialmente interessantes para aplicações de pequena escala, como micro-robôs. As descobertas do grupo de trabalho de Kiel já resultaram no desenvolvimento de uma fita adesiva extremamente forte, que funciona de acordo com o "princípio gecko, "e pode ser removido sem deixar qualquer resíduo.