Ongeveer tien jaar geleden was er in de roboticawereld veel opwinding over op gekko’s geïnspireerde directionele lijmen, materialen die blijven plakken zonder plakkerig te zijn, met behulp van dezelfde van der Waals-krachten waarmee gekko’s rond kunnen springen op verticale glasruiten. Ze zijn op grote schaal gebruikt in verschillende soorten klimrobots, waarvan sommige best mooi zijn. Gekko-lijmen zijn op unieke wijze in staat om zich aan zeer gladde voorwerpen te hechten, waar je enige andere optie misschien stofzuigen is, waarvoor allerlei extra infrastructuur nodig is om te kunnen werken.
Om een aantal redenen hebben we de laatste tijd niet veel gekkolijm gezien. Ten eerste is de mogelijkheid om alleen op gladde oppervlakken te plakken (waar lijmgekko’s goed in zijn) een beperking voor mobiele robots. En ten tweede is de kloof tussen onderzoek en nuttige toepassing groot en diep, en vol krokodillen. Ik heb het over de kwade krokodillensoorten, niet over de knuffelige. Maar Flexiv Robotics heeft gekko-kleefstoffen praktisch gemaakt voor robotachtige vangst in een commerciële omgeving, deels dankzij een soort robottong die de gekkostrip schoonlikt.
Als u de zoommodus gebruikt, manier op de poot van een gekko zie je dat elke teen bedekt is met miljoenen haarachtige nanostructuren die setae worden genoemd. Elke seta vertakt zich uiteindelijk in honderden haren met platte stukken aan het uiteinde, de zogenaamde vinnen. Het resultaat van deze complexe opstelling van borstelharen en vinnen is dat de tenen van gekko’s een belachelijk groot oppervlak hebben, wat betekent dat ze de extreem zwakke van der Waals-krachten tussen moleculen kunnen gebruiken om aan perfect vlakke en gladde oppervlakken te blijven plakken. Deze techniek werkt buitengewoon goed: gekko’s kunnen met één teen aan glas hangen, en een volledig aangehechte gekko kan ongeveer 140 kg dragen (wat helaas eerder een extrapolatie lijkt dan een experimenteel resultaat). En gelukkig voor de gekko zorgt de structuur van de bladen ervoor dat de greep richtinggevend is, zodat wanneer zijn vingers niet langer gespannen zijn, ze zich gemakkelijk kunnen losmaken van waar ze aan vastzitten.
De natuurlijke kleefstructuur van de gekko, samen met synthetische lijm (f).Gecko Adhesion: Evolutionaire Nanotechnologie, door Kellar Autumn en Nick Gravish
Omdat lijmen niet aan dingen “kleven” in de zin dat we gewoonlijk het woord “plakkerig” gebruiken, is een betere manier om te karakteriseren wat lijmen kunnen doen “droge hechting”, in tegenstelling tot iets waarbij een soort lijm betrokken is. Je kunt ook denken dat gekko-vingers zeer, zeer hoge wrijving hebben, en het is dit perspectief dat bijzonder interessant is in de context van robotgrijpers.
Dit is de ‘Grav Enhanced’-grijper van Flexiv, die een combinatie van grip en gekkolijm met hoge wrijving gebruikt om zware en delicate voorwerpen op te tillen zonder erin te hoeven knijpen. Als je denkt aan een traditioneel robotgrijpsysteem dat iets als een waterballon probeert op te tillen, moet je in die ballon knijpen totdat de wrijving tussen de zijkant van de grijper en de zijkant van de ballon het gewicht van de ballon zelf overwint. Hoe hoger de wrijving, hoe minder knijpen er nodig is, en hoewel een waterballon een extreem voorbeeld kan zijn, kan het maximaliseren van de grijperwrijving een groot verschil maken bij het omgaan met kwetsbare of vervormbare voorwerpen.
Er zijn echter een paar problemen met droge lijm. De kleine structuren die ervoor zorgen dat lijm hecht, kunnen gevoelig zijn voor beschadiging, en het feit dat droge lijm aan bijna alles blijft plakken waarmee het goed contact kan maken, betekent dat het zich snel vuil zal ophopen buiten een zorgvuldig gecontroleerde omgeving. In de context van onderzoek zijn deze kwesties niet zo belangrijk, maar voor een commercieel systeem kun je niet iets hebben dat constante aandacht vereist.
Flexiv zegt dat het microgestructureerde materiaal waaruit hun gekkolijm bestaat, twee miljoen gripcycli kon doorstaan zonder merkbare verslechtering van de prestaties, wat suggereert dat zolang je het materiaal gebruikt binnen de toleranties waarvoor het is ontworpen, het voor onbepaalde tijd aan de dingen moet blijven plakken. – hoewel het proberen om te veel gewicht op te tillen de microstructuur scheurt, waardoor de eigenschappen van de lijm na slechts een paar cycli worden vernietigd. En om te voorkomen dat de lijm verstopt raakt met vuil, heeft Flexiv dit slimme kleine schoonmaakstation bedacht dat als een soort robottong fungeert:
Interessant is dat gekko’s zelf hun eigen tong niet lijken te gebruiken om hun tenen schoon te maken. Ze likken regelmatig hun oogbollen, zoals alle normale mensen, maar de tenen van gekko’s lijken zichzelf schoon te maken, wat een behoorlijk handige truc is. Het is zeker mogelijk om een zelfreinigende synthetische gekko-kleefstof te maken, maar Flexiv vertelt ons dat “vanwege technische en praktische beperkingen het repliceren van dit proces in ons eigen gekko-kleefmateriaal niet mogelijk is. In wezen repliceren we de microstructuur van de voetzolen van de gekko, maar niet het zelfreinigende proces.” Dit gaat waarschijnlijk terug op de hele kwestie van wat werkt in een onderzoekscontext versus wat werkt in een commerciële context, en Flexiv heeft hun gekkolijm nodig om al die miljoenen cycli mee te gaan.
Flexiv zegt dat ze zich bewust werden van de noodzaak van een dergelijk systeem toen een van hun klanten een grijper begon te gebruiken voor de extra vuile taak van het sorteren van hun recyclingbakken, en dat de oplossing was geïnspireerd op de pluizenroller. En ik moet zeggen dat ik de eenvoud waardeer van het systeem dat Flexiv heeft bedacht om het probleem direct en efficiënt op te lossen. Misschien zullen ze op een dag de natuurlijke, zelfreinigende tenen van een echte gekko kunnen nabootsen met duurzame en betaalbare kunstmatige droge lijm, maar totdat dat gebeurt, zal een kunsttong de oplossing zijn.
Uit artikelen op uw website
Gerelateerde artikelen op internet