Создан материал, скользкий как змеиная кожа
Кажется природа в себе таит неограниченное количество стартапов для технологий будущего
Все работающие вокруг нас механизмы теряют огромное количество энергии из-за сил трения: сопротивления воздуха, внутреннего трения или трения о поверхность. Там где смазочные материалы не могут быть применены, например в мягкой робототехнике, носимой электронике или биомедицинских устройствах, требуются высокоэластичные полимеры (эластомеры) с изначально низким коэффициентом трения. Поэтому перед учеными стояла задача изменить саму поверхность и они воспользовались подсказками природы, в частности — змеями.
«Тело змеи достаточно мягкое, чтобы принимать самые разные формы», — сказал Ифу Динг, профессор факультета машиностроения и старший автор исследования. «Она также может двигаться очень быстро, если это необходимо, потому, что кожа имеет низкое трение».
В исследовании был разработан инструмент, использующий процесс межфазной полимеризации (на границе раздела) твердого и жидкого компонентов (SLIP), который позволяет наносить тонкий слой «кожи» на эластомеры. Этот слой очень похож на чешую змеи и может превратить липкую поверхность в скользкую.
Секрет скольжения змеи спрятан в чешуе. Рассмотрев структуру чешуек под микроскопом, ученые заметили, что они состоят из множества слоев мягких тканей, а поверхностный слой — из прочного и твердого кератина (из него же состоят, например, рога носорога). Такую комбинацию твердого поверх мягкого, помогающую сохранять низкий коэффициент трения и быть гибкими, ученые хотели воспроизвести в лаборатории.
Группа начала с основы, сделанной из полидиметилсилоксана (ПДМС), эластичного материала, распространенного во многих медицинских технологиях и применила технику SLIP. Затем был нанесен тонкий чешуйчатый слой синтетического материала.
Для демонстрации полученной поверхности, исследователи прикрепили грузы к обработанному и необработанному материалам, затем поместили их на различные наклонные поверхности. Гибридный материал скользил, а второй оставался на месте. В ходе расчетов выяснили, что коэффициент трения обработанных эластомеров снизился с 1,6 до 0,1 без уменьшения пластичности.
Теперь перед учеными стоит задача адаптации скользкой поверхности к роботам и другим устройствам.