Za Gladke In Strukturirane Površine Se Je Razvila Nova Struktura

2023 Avtor: Hannah Pearcy | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-08-25 03:39

Struktura tehničnih aplikacij je običajno razvita posebej za posebne namene in se ne more prilagoditi različnim podlagam. Na primer vzemite pnevmatike: letne pnevmatike imajo najboljši oprijem na suhih, toplih cestah, zimske pnevmatike pa so narejene iz mehke gume in zato niso primerne za tople, temveč za hladnejše temperature.

Narava po drugi strani zmore drugače: stopala žuželk se lahko spopadejo tako z grobimi kot spolzkimi površinami. Na podlagi teh ugotovitev je interdisciplinarna raziskovalna skupina z univerze Christian Albrechts v Kielu (CAU) razvila sistem umetnega trenja, ki deluje na različnih površinah.

Galerija slik

Galerija slik s 5 slikami

Posebnost nog žuželk

Pri iskanju hrane se žuželke pogosto spopadajo tako z grobimi kot z gladkimi in spolzkimi površinami. Na primer, kljukam v obliki kljukic ali lepilnih dlačic na nogah je trdno pritrjeno. Stopala kobilice na primer odlikujejo majhni dodatki, podobni blazinam. Po eni strani so te blazine prekrite z gumijastim filmom, ki zagotavlja dober stik z lepilno površino. Po drugi strani so sestavljeni iz posebej stabilnih vlaken na notranji strani, ki lahko prenašajo veliko silo. Ponašanje takšne strukture vlaken bi bilo za industrijsko uporabo preveč zamudno in drago.

Raziskovalna skupina razvije strukturo, ki se pod majhnim pritiskom prilagodi skoraj vsaki površini. Njihova kombinacija mehkega silikonskega pokrova, napolnjena z drobnozrnatimi zrnci, ustvarja stabilno zadrževanje. Preprosta proizvodnja omogoča tudi industrijsko uporabo, piše raziskovalna skupina v sedanji številki revije Advanced Materials Interfaces.

Dve lastnosti materiala v eni raztopini

Za trdno državo sta potrebna dobra kontaktna površina in stabilen prenos moči. "Za lepljenje različnih površin bi morali preiti - dejansko nasprotje - med obnašanjem mehkih in trdnih materialov," razlaga Stanislav Gorb, profesor funkcionalne morfologije in biomehanike na CAU. Medtem ko stanje mehkega materiala omogoča veliko stično površino s površino, trdno stanje omogoča velik prenos energije. Skupaj s svojo ekipo je bionski inženir iskal način za preklop med dvema materialnima lastnostima. Poleg tega mora biti rešitev preprosta in poceni za izdelavo, tako da se lahko uporablja tudi za tehnične namene.

Raziskovalna skupina iz Kiela je zdaj lahko pokazala podoben učinek kot blazine na nogah kobilice za zrnca, to je zrnato maso. Za to so uporabili načelo tako imenovanega "prehoda zatiranja". "Lahko si predstavljate, kot v škatlici kave: kavni prašek pritiska tesno skupaj in tvori gosto maso, trdno kot kamen. Ko se embalaža odpre, prah izgubi in se tako obnaša zelo drugače, skoraj kot tekočina, «opisuje Halvor Tramsen skupaj z Larsom Heepeom, enim od dveh fizikov v raziskovalni skupini.

Visoke sile trenja na vseh preskusnih območjih

Granulat so obložili s fleksibilnim membranskim pokrovom in preizkusili pritrditev "blazine za granulacijo" na gladkih, strukturiranih in umazanih površinah. Zahvaljujoč mehki prevleki se blazina odlično prilega na različne površine. Znanstveniki so nato izvajali pritisk na blazino, ki je zgostila zrna znotraj in strdila celotno blazino. Ta trdnost in velika stična površina s površino ustvarjata visoke sile trenja, kar pomeni, da se blazine ne da več premikati. Na vseh treh vrstah testnih površin dosega veliko boljši oprijem kot čista silikonska guma ali kot blazina, napolnjena s tekočino.

Model, ki sta ga razvila profesor Aleksander Filippov, teoretični fizik in Georg Forster, znanstveni sodelavec iz delovne skupine v Kielu, prikazuje, kako deluje princip maksimiranja trenja zrnate blazine na drugih podlagah. Njeni izračuni omogočajo tudi preizkušanje interakcije med granulatom in membrano na druge materiale in velikosti delcev.

Komponente CFRP

Ko se vezenje od visoke mode srečuje z bioniki

"V našem prototipu smo za ohišje uporabili raztegljiv silikon in ga - pravzaprav - napolnili s posušeno kavno podlago," razlaga Gorb. Zaradi velikosti delcev in grobe oblike se ti delci zelo enostavno ujamejo, učinek "prehoda zataknjenosti", tj. Sprememba lastnosti mehkih in trdnih materialov, je še posebej učinkovit. Načeloma je povsem smiselno uporabljati posušeno kavno podlago za industrijske namene v smislu recikliranja. Konec koncev so ostanki na voljo, brez onesnaževal in poceni, pravi Gorb. Raziskave drugih materialov in podlag so že načrtovane.