Laboratório de Stanford desenvolve o “não mais pegajoso” do mundo

O desenvolvimento do material “mais pegajoso e não pegajoso” do mundo foi inspirado nos pés pequenos da lagartixa.

O Laboratório de Biomimética e Manipulação Destreza (BDML) do professor de Engenharia Mecânica de Stanford, Mark Cutkosky, estuda as propriedades da incrível capacidade deste lagarto de aderir às superfícies. No BDML, doutorado em Engenharia Mecânica do sexto ano. estudante Tony Chen e Ph.D. em Engenharia Mecânica do quinto ano. o estudante Amar Hajj-Ahmad colaborou para desenvolver uma fita adesiva seca que imita a pegada da lagartixa.

O projeto de desenvolvimento de adesivos para lagartixas de Stanford começou em meados dos anos 2000, depois que a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) do Departamento de Defesa dos Estados Unidos lançou um desafio para desenvolver uma maneira de os robôs escalarem paredes verticalmente sem sucção, disse Chen. O adesivo foi recentemente apresentado em um vídeo informativo no popular canal do YouTube, Veritasium.

As lagartixas são uma espécie de lagarto tipicamente carnívoro, variam de cerca de meia polegada a pouco mais de trinta centímetros de tamanho e têm uma presença global generalizada, habitando tanto em florestas tropicais quanto em casas.

A anatomia das pontas dos dedos da lagartixa a equipa com suas hábeis habilidades de escalada. De acordo com Cutkosky no vídeo, ao olhar mais de perto as almofadas dos dedos de uma lagartixa, você poderá ver seções com nervuras, conhecidas como lamelas. As lamelas são compostas por hastes semelhantes a cerdas chamadas cerdas, que terminam em ramos de tamanho micrométrico chamados espátula, disse Cutkosky.

Quando uma lagartixa sobe, ela depende da adesão atribuída às forças de van der Waals – ironicamente, a força intermolecular mais fraca – que consiste na atração entre átomos neutros. Essas forças permitem que a lagartixa se prenda e se solte das superfícies como desejar.

Segundo Chen, o adesivo gecko tem melhor funcionalidade em superfícies lisas, pois a escarpa das superfícies mais ásperas significa que há maior distância entre os átomos, resultando em uma força de adesão mais fraca. Cutkosky escreveu que o BDML “continua tentando melhorar o desempenho geral do [adesivo gecko], especialmente em materiais não lisos como papelão e tecido”.

Por que lagartixas? “As lagartixas são o maior animal que ainda depende das forças de van der Waals”, disse Chen. Hajj-Ahmad acrescentou que, em contraste, animais mais pesados, como elefantes e humanos, dependem de forças de fricção, que se correlacionam com forças e peso normais. Como os organismos menores são mais leves, eles não podem gerar tanta força de atrito e dependem de van der Waals.

Vários alunos repetiram o material desde que ele foi inicialmente desenvolvido. “A forma como o fabricamos e até mesmo a sua geometria evoluíram nos últimos 16-17 anos”, disse Chen.

De acordo com Hajj-Ahmad, uma lagartixa trepadeira “belisca” os dedos dos pés para ativar a sua força de adesão e depois “inverte a direção” deste “beliscar” para libertar a superfície. O adesivo desenvolvido pelos pesquisadores do BDML imita esse comportamento, aderindo firmemente a uma superfície quando carregado em uma direção e descascando de forma limpa quando descarregado.

O BDML não é o único laboratório a trabalhar com adesivos inspirados em lagartixas, disse Cutkosky.

“A diferença mais importante entre a maioria deles e nosso adesivo é a controlabilidade. Nosso adesivo só adere quando carregado em cisalhamento; relaxar a força de cisalhamento permite que ela se separe praticamente sem esforço”, enquanto outros podem exigir mais esforço, disse Cutkosky.

Segundo Hajj-Ahmad, as estruturas triangulares vistas ao ampliar o adesivo permitem a variável área de superfície de contato da fita, permitindo que ela tenha área aumentada quando é necessária mais aderência e apenas a área da ponta quando a fita for liberada.

A fabricação do adesivo gecko é um processo de várias etapas. Primeiro, um molde é feito em uma máquina CNC. O CNC emprega uma lâmina de micrótomo ultraafiada para recortar marcas triangulares em cera macia, essencialmente invisíveis a olho nu. O adesivo é composto de silicone, valorizado por sua durabilidade e geralmente pouco reativo. Em seguida, uma determinada variante de silicone líquido, selecionada em termos de parâmetros como rigidez e viscosidade, é despejada sobre o molde, acomodando-se nas ranhuras fresadas pela CNC. Uma camada de suporte de Kapton, uma película fina, é aplicada por cima. Quando o silicone estiver curado, ele será removido do molde.