Por que a lagartixa escalou o arranha-céu? Porque poderia; seus dedos grudam em qualquer coisa. Por alguns anos, os engenheiros conheceram os segredos da viscosidade da lagartixa e a emularam em tiras de materiais emborrachados, úteis para pegar e soltar objetos, mas a simples produção em massa para uso diário estava fora de alcance até agora.

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia desenvolveram, em um novo estudo, um método de fazer materiais adesivos inspirados em lagartixas que é muito mais econômico do que os métodos atuais. Ele poderia permitir a produção em massa e a disseminação das versáteis faixas de aperto para manufatura e residências.

Polímeros com superfícies de "adesão de lagartixa" podem ser usados ​​para fazer garras extremamente versáteis para pegar objetos muito diferentes, mesmo na mesma linha de montagem. Eles podem facilitar o enforcamento de quadros, colando-os tanto no quadro quanto na parede ao mesmo tempo. Robôs aspiradores de pó com adesão de lagartixa poderiam algum dia remover prédios altos para limpar fachadas.

"Com exceção de coisas como Teflon, vai aderir a qualquer coisa. Esta é uma vantagem clara na fabricação, porque não temos que preparar a garra para superfícies específicas que queremos levantar. Adesivos inspirados na lagartixa podem levantar objetos planos como caixas, em seguida, virar e levantar objetos curvos como ovos e vegetais, "disse Michael Varenberg, o principal investigador do estudo e professor assistente na George W. Woodruff School of Mechanical Engineering da Georgia Tech.

Garras atuais em linhas de montagem, como grampos, ímãs, e ventosas, cada um pode levantar faixas limitadas de objetos. Garras baseadas em superfícies inspiradas em lagartixas, que estão secos e não contêm cola ou gosma, poderia substituir muitas garras ou apenas preencher as lacunas de capacidade deixadas por outros mecanismos de garras.

Tirando navalhas

A adesão vem de saliências de algumas centenas de mícrons de tamanho que muitas vezes se parecem com seções curtas, paredes flexíveis correndo paralelas umas às outras na superfície do material. Como eles funcionam imitando os pés das lagartixas é explicado a seguir.

Até agora, a moldagem produziu essas paredes de mesoescala despejando ingredientes em um molde, deixando a mistura reagir e definir a um polímero flexível, em seguida, removendo-o do molde. Mas o método é inconveniente.

"As técnicas de moldagem são processos caros e demorados. E há problemas em fazer com que o material parecido com uma lagartixa se solte do molde, que pode perturbar a qualidade da superfície de fixação, "Varenberg disse.

O novo método dos pesquisadores formou essas paredes despejando ingredientes em uma superfície lisa em vez de um molde, deixando o polímero endurecer parcialmente e mergulhando nele fileiras de lâminas de barbear de laboratório. O material endureceu um pouco mais ao redor das lâminas, que foram então retirados, deixando para trás indentações em escala de mícron cercadas pelas paredes desejadas.

Varenberg e o primeiro autor Jae-Kang Kim publicaram detalhes de seu novo método no jornal Materiais e interfaces aplicados ACS em 6 de abril, 2020.

Esqueça a perfeição

Embora o novo método seja mais fácil do que moldar, desenvolvê-lo levou um ano de mergulho, desenhando, e reajustar enquanto examina detalhes delicados em um microscópio eletrônico.

"Existem muitos parâmetros para controlar:Viscosidade e temperatura do líquido; tempo, Rapidez, e distância de retirada das lâminas. Precisávamos de plasticidade suficiente do polímero de fixação para as lâminas para esticar as paredes, e não tanta rigidez que faria com que as paredes se rasgassem, "Varenberg disse.

As superfícies inspiradas na lagartixa têm uma topografia fina em escala de mícrons e às vezes até em nanoescala, e as superfícies feitas por meio de moldagem são geralmente as mais precisas. Mas essa perfeição é desnecessária; os materiais feitos com o novo método funcionaram bem e também eram marcadamente robustos.

"Muitos pesquisadores que demonstram a adesão da lagartixa têm que fazer isso em uma sala limpa e com equipamentos limpos. Nosso sistema simplesmente funciona em ambientes normais. É robusto e simples, e acho que tem um bom potencial para uso na indústria e em residências, "disse Varenberg, que estuda as superfícies na natureza para imitar suas qualidades vantajosas em materiais feitos pelo homem.

Penugem de pé de lagartixa

Veja o pé da lagartixa. Tem sulcos nos dedos dos pés, e isso levou alguns no passado a pensar que seus pés grudam por sucção ou algum tipo de aperto pela pele.

Mas os microscópios eletrônicos revelam uma estrutura mais profunda - fibrilas com cerdas em forma de espátula projetam-se algumas dezenas de mícrons fora dessas cristas. As fibrilas fazem um contato tão profundo com as superfícies até a nanoescala que as atrações fracas entre os átomos em ambos os lados parecem se somar enormemente para criar uma forte adesão geral.

No lugar de fofo, os engenheiros desenvolveram fileiras de formas cobrindo materiais que produzem o efeito. Uma forma comum faz com que a superfície de um material pareça um campo de cogumelos com algumas centenas de mícrons de tamanho; outra são fileiras de paredes curtas como as deste estudo.

"Os padrões de cogumelos tocam uma superfície, e eles são fixados imediatamente, mas o desprendimento requer a aplicação de forças que podem ser desvantajosas. As projeções em forma de parede requerem menor força de cisalhamento, como um puxão ou uma pegada suave para gerar aderência, mas isso é facil, e largar o objeto é descomplicado, também, "Varenberg disse.

A equipe de pesquisa de Varenberg usou o método de desenho para fazer paredes com espaços em forma de U entre eles e paredes com espaços em forma de V entre eles. Eles trabalharam com polivinilsiloxano (PVS) e poliuretano (PU). A forma em V feita em PVS funcionou melhor, mas o poliuretano é o melhor material para a indústria, então, o grupo de Vanenberg agora trabalhará para alcançar o padrão de preensão da lagartixa em forma de V em PU para a melhor combinação possível.