Nová Struktura Vyvinutá Pro Hladké A Strukturované Povrchy

Struktura technických aplikací je obvykle vyvinuta speciálně pro konkrétní výhodu a nemůže se přizpůsobit různým substrátům. Vezměte si například pneumatiky: letní pneumatiky mají nejlepší přilnavost na suchých a teplých silnicích, zatímco zimní pneumatiky jsou vyrobeny z měkké pryžové směsi, a proto nejsou vhodné pro teplé, ale pro nižší teploty.

Na druhou stranu to příroda dokáže jinak: nohy hmyzu se dokáží vyrovnat s drsným i kluzkým povrchem. Na základě těchto zjištění mezioborový výzkumný tým z Univerzity Christian Albrechts University v Kielu (CAU) nyní vyvinul systém umělého tření, který pracuje na různých površích.

Obrázková galerie

Galerie obrázků s 5 obrázky

Zvláštnost nohou hmyzu

Při hledání potravy se hmyz často musí vyrovnat s drsným a hladkým a kluzkým povrchem. Například háky podobné drápům nebo přilnavé chloupky na nohou jim pevně drží. Nohy kobylky se například vyznačují malými, polštářovými doplňky. Na jedné straně jsou tyto polštáře potaženy pryžovitým filmem, který zajišťuje dobrý kontakt s adhezivním povrchem. Na druhé straně se skládají ze zvláště stabilních vláken uvnitř, které mohou přenášet velkou sílu. Replikace takové struktury vláken by však byla pro průmyslovou aplikaci příliš časově náročná a nákladná.

Výzkumný tým vyvíjí strukturu, která se pod mírným tlakem přizpůsobí téměř každému povrchu. Jejich kombinace měkkého silikonového krytu, naplněného jemně zrnitými granulemi, vytváří stabilní držení. Jednoduchá výroba také umožňuje průmyslové využití, píše výzkumný tým v aktuálním čísle časopisu Advanced Materials Interfaces.

Dvě materiálové vlastnosti v jednom řešení

Pro pevné držení je nutná dobrá kontaktní plocha a stabilní přenos energie. „Abychom mohli přilnout k různým povrchům, museli bychom přepnout - vlastně rozpor - mezi chováním měkkých a pevných materiálů,“vysvětluje Stanislav Gorb, profesor funkční morfologie a biomechaniky na CAU. Zatímco stav měkkého materiálu umožňuje velkou kontaktní plochu k povrchu, pevný stav umožňuje velký přenos energie. Spolu se svým týmem hledal bionický inženýr způsob, jak přepínat mezi těmito dvěma vlastnostmi materiálu. Kromě toho by řešení mělo být jednoduché a levné na výrobu, aby bylo možné jej použít i pro technické aplikace.

Výzkumný tým Kiel nyní dokázal podobný účinek jako polštáře na nohách kobylky pro granule, tj. Granulovanou hmotu. K tomu použili princip tzv. „Rušivého přechodu“. „Dokážete si to představit jako v balení kávy: kávový prášek je pevně stlačen tlakem a vytváří hustou hmotu, pevnou jako kámen. Když se obal otevře, prášek padne, a tak se chová velmi odlišně, téměř jako kapalina, “popisuje Halvor Tramsen spolu s Larsem Heepem, jedním ze dvou fyziků ve výzkumném týmu.

Vysoké třecí síly ve všech zkušebních oblastech

Uzavřeli granulát pružným membránovým krytem a otestovali držení svého „granulátového polštáře“na hladkých, strukturovaných a špinavých površích. Díky měkkému potahu se polštář dokonale hodí na různé povrchy. Vědci pak vyvinuli tlak na polštář, který zhušťoval zrna uvnitř a zpevnil celý polštář. Tato síla a velká kontaktní plocha s povrchem vytvářejí vysoké třecí síly, což znamená, že polštář se již nemůže pohybovat. Dosahuje mnohem lepší přilnavosti na všech třech typech zkušebních povrchů než čistý silikonový kaučuk nebo jako polštář naplněný tekutinou.

Model vyvinutý profesorem Alexandrem Filippovem, teoretickým fyzikem a výzkumným pracovníkem Georga Forstera v pracovní skupině Kiel ukazuje, jak princip maximalizace tření granulačního polštáře funguje na jiných substrátech. Jeho výpočty také umožňují testovat interakci mezi granulátem a membránou pro jiné materiály a velikosti částic.

Složky CFRP

Když se výšivka haute couture setká s bionikou

"V našem prototypu jsme použili natahovatelný silikon pro případ a - vlastně - jsme ho naplnili sušenou kávou," vysvětluje Gorb. Vzhledem k velikosti částic a jejich drsnému tvaru se tyto částice velmi snadno zachytí a efekt „rušení přechodu“, tj. Změny mezi vlastnostmi měkkých a pevných materiálů, se projevuje obzvláště dobře. V zásadě je docela myslitelné použít mletou kávu ve smyslu recyklace také pro průmyslové aplikace. Ostatně, zbytek je snadno dostupný, bez znečišťujících látek a levný, říká Gorb. Výzkum dalších materiálů a substrátů je již naplánován.