Uma equipe de pesquisa liderada por CU Boulder projetou um novo tipo de "pele" sintética tão escorregadia quanto as escamas de uma cobra.

A pesquisa, publicado recentemente na revista American Chemical Society Materiais Aplicados e Interfaces , aborda um problema subestimado em engenharia:Fricção.

Yifu Ding, autor sênior do novo artigo, explicou que todos os dias, máquinas, de robôs a carros, perdem uma quantidade enorme de energia simplesmente porque suas peças se esfregam. Para tentar reduzir essa perda, ele e seus colegas pegaram dicas da natureza - especificamente, seus membros mais escorregadios.

"O corpo de uma cobra é macio o suficiente para se torcer em todos os tipos de formas, "disse Ding, professor do Departamento de Engenharia Mecânica Paul M. Rady. "Ele também pode se mover muito rápido se for necessário, em parte porque sua pele tem baixa fricção. "

Em seu último estudo, os pesquisadores desenvolveram uma ferramenta chamada polimerização interfacial sólido-líquido (SLIP), que permite colocar uma fina camada de pele em superfícies existentes, como borracha ou materiais elásticos chamados elastômeros. Essa camada se parece muito com as escamas de uma cobra e pode transformar uma superfície pegajosa em um risco de escorregamento.

A tecnologia pode ser uma bênção para máquinas que lutam contra o atrito, mas não toleram se molhar.

"Existem muitas novas aplicações de engenharia, como robôs macios ou sensores vestíveis, onde você não pode usar esses lubrificantes líquidos tradicionais, "Ding disse." Em vez disso, você tem que modificar a própria superfície. "

Agora isso é possível, graças à cobra tão odiada.

O que há em uma escala?

Cobras, de cobras liga listradas a cobras trepadeiras verdes brilhantes, muito do seu sucesso deve-se às suas escalas. Se você colocar uma dessas pequenas estruturas sob um microscópio, você notará que eles são compostos de muitas camadas de tecido empilhadas umas sobre as outras.

"A camada superior é como a queratina, do que nossas unhas são feitas, "Ding disse." É muito frágil e rígido. Em seguida, a escala muda gradualmente para um material muito mais suave abaixo. "

Essa combinação de duro em cima de macio dá às cobras sua vantagem, ajudando-os a manter o atrito baixo enquanto permanecem flexíveis. É também o recurso que Ding e seus colegas queriam replicar no laboratório.

O grupo começou com uma base feita de polidimetilsiloxano (PDMS), um material elástico comum em muitas tecnologias médicas. Os pesquisadores então usaram a técnica SLIP para colocar um fino camada semelhante a escamas de material sintético sobre essa base.

O método, Ding explicou, funciona misturando pequenas moléculas em um filme de líquido, em seguida, usando a luz para fazer com que saiam da suspensão - um pouco como ervilhas afundando no fundo de uma tigela de sopa. Uma vez lá, esses blocos de construção se infiltram no PDMS e formam uma camada de pele híbrida.

Isso resulta no equivalente de laboratório de botas de pele de cobra.

"Nada adere a isso, "Ding disse." Você pode tocá-lo, e seu dedo escorregará. "

Escorregando e escorregando

Para provar o quão semelhante a sua invenção é, ele e seus colegas, incluindo Mengyuan Wang, que recentemente obteve seu Ph.D. de CU Boulder - executei uma série de testes aparentemente simples. O grupo anexou pesos ao PDMS híbrido e normal, em seguida, coloque-os em várias superfícies inclinadas.

O PDMS tratado com pele de cobra da equipe derrapou até mesmo em pequenas inclinações, Wang disse, enquanto o material simples não se moveu.

"PDMS é realmente pegajoso, "Disse Wang." Mesmo quando você vira completamente de cabeça para baixo, ainda vai aderir às superfícies. "

A pele de cobra da equipe tem níveis semelhantes de fricção a muitos materiais cerâmicos e metais brilhantes, o grupo encontrou. Ding acrescentou que o método SLIP é ágil o suficiente para estabelecer esta pele em qualquer padrão, inclusive em formas que soletram palavras.

O grupo ainda tem muito trabalho pela frente antes de começar a aplicar sua superfície escorregadia em articulações de robôs reais. Mas a pesquisa é mais um motivo para agradecer a uma cobra amigável.

"Quando estamos projetando novos materiais, nem sempre sabemos que tipo de estrutura fazer, "Ding disse." Mas se houver um exemplo na natureza, já está provado que pode funcionar, então podemos apenas imitar isso. "