En jämförelse mellan enhetliga funktioner (typ 1), vänster, och en grupp funktioner som uppvisar envägsfriktion (typ 2), höger, med resulterande kraftrumsdiagram som visar prestanda, botten. I neutralt tillstånd (a), typ 1 -funktionerna är alla på samma höjd, och alla tar kontakt när de rörs mot en yta. Applicera en skjuvkraft i den föredragna riktningen (b, lim förskjutet i pilens riktning) får kilarna att gå i ingrepp, öka kontaktytan (blå), och därför friktion och vidhäftning. Applicera en skjuvkraft i omvänd riktning (c), får kilarna att ingripa på deras baksida, igen ökar kontaktytan (orange), vilket resulterar i mycket liknande friktion i båda riktningarna (d). Typ 2 -funktionerna har ökande killängd över klaffen samt en ramp vid kilens bas, så det finns en enda högsta kil intill spåret (e). Applicering av en skjuvkraft i den föredragna riktningen (f) resulterar i att klaffen deformeras för att anpassa sig till ytan, ger ett stort kontaktområde (blått), men mindre friktion och vidhäftning än enhetliga egenskaper. Vid belastning i omvänd riktning (g), den högsta kilen vid flikens spets förhindrar att någon annan kil kommer i kontakt med ytan, minska kontaktytan (orange), och resulterar i mycket lägre friktion i omvänd riktning (h). Kredit:(c) Journal of The Royal Society Interface (2019). DOI:10.1098/rsif.2018.0705
Ett team av forskare från Stanford University och University of California har utvecklat ett mikrostrukturerat material med rumslig variation som orsakar friktion i endast en riktning. I sitt papper publicerat i Journal of the Royal Society Interface , gruppen beskriver inspirationen till det nya materialet och några möjliga sätt att använda det.
Arbetet bygger på tidigare studier på geckos, som enkelt kan fästas på en glasruta och sedan enkelt separeras. Denna förmåga beror på seter på geckotår, som bara greppar i en riktning-de hårliknande strukturerna böjer sig bara på ett sätt. När det sprids ut, de greppar. Men om de vänds, de glider lätt på glaset. I denna nya insats, forskarna försökte skapa ett material som replikerar denna struktur.
Materialet som forskarna skapade var gjord av en silikonelastomer skulpterad för att ha mikroskopiska kilar på ytan. När materialet placeras mot en annan yta och dras i en riktning, kilarna dras ner mot ytan, orsakar mer friktion. Men när materialet dras åt andra hållet, det glider. Detta händer eftersom några av kilarna (slumpmässigt placerade) är något längre än de andra - när de dras i motsatt riktning, de krullar över de andra kilarna, skjuta dem bort från ytan, får materialet att glida. Forskarna förklarar att de slumpmässigt placerade kilarna är ett exempel på rumslig variation - något som ses ganska ofta i naturen, men mycket sällan i tillverkade material.
Forskarna noterar att rumslig variation gör att gecko kan klättra i fönster och ger iriserande för vissa insekter. Det har också hittats i vissa naturmaterial som uppvisar hydrofobicitet och andra som har anti-drag-egenskaper. Forskarna noterar att det sällan finns i tillverkningsprocesser eftersom behovet av slumpmässighet ökar produktionskostnaderna.
För att testa deras nya material, forskarna gjorde en tummaskrobot som inte behöver ta upp fötterna. Istället, envägsfriktionskarakteristiken gjorde att materialet rörde sig i en riktning med en enkel nedåtgående tryckning i mitten.
© 2019 Science X Network
