Ett forskargrupp som leds av CU Boulder har utformat en ny typ av syntetisk "hud" lika hal som en ormvåg.

Forskningen, publicerades nyligen i tidskriften American Chemical Society Tillämpade material och gränssnitt , behandlar ett underskattat problem inom teknik:Friktion.

Yifu Ding, senior författare till den nya tidningen, förklarade att varje dag, maskiner från robotar till bilar tappar enorma mängder energi helt enkelt för att deras delar gnider ihop. För att försöka minska den förlusten, han och hans kollegor tog ledtrådar från naturen - specifikt dess mest sliriga medlemmar.

"En orms kropp är så mjuk att den kan vrida sig i alla möjliga former, "sa Ding, en professor vid avdelningen för maskinteknik Paul M. Rady. "Det kan också gå väldigt snabbt om det behövs, delvis för att huden har så låg friktion. "

I deras senaste studie, forskarna utvecklade ett verktyg som kallas solid-liquid interfacial polymerization (SLIP) som gör att de kan lägga ett tunt lager hud på befintliga ytor som gummi eller stretchiga material som kallas elastomerer. Det lagret ser mycket ut som en orms våg och kan förvandla en annars klibbig yta till en halkrisk.

Tekniken kan vara en välsignelse för maskiner som bekämpar friktion men inte tål att bli blöta.

"Det finns många nya tekniska applikationer, som mjuka robotar eller bärbara sensorer, där du inte kan använda dessa traditionella flytande smörjmedel, "Sa Ding." Snarare du måste modifiera själva ytan. "

Det är nu möjligt, tack vare den ofta hatade ormen.

Vad finns i en skala?

Ormar, från randiga strumpebandsslangar till ljusgröna vinstockar, är mycket skyldiga sina framgångar till sina vågen. Om du lägger en av dessa små strukturer under ett mikroskop, du kommer att märka att de består av många lager av vävnad staplade ovanpå varandra.

"Det översta lagret är som keratin, vad våra naglar är gjorda av, "Sa Ding." Det är väldigt sprött och stelt. Sedan övergår skalan gradvis till ett mycket mjukare material nedan. "

Den kombinationen av hård på toppen av mjuka ger ormar sin kant, hjälpa dem att hålla sin friktion låg medan de fortfarande är flexibla. Det är också den funktion som Ding och hans kollegor ville replikera i labbet.

Gruppen började med en bas gjord av polydimetylsiloxan (PDMS), ett elastiskt material som är vanligt inom många medicinska tekniker. Forskarna använde sedan SLIP -tekniken för att placera en tunn, skalliknande lager av syntetmaterial på den grunden.

Metoden, Ding förklarade, fungerar genom att blanda små molekyler i en vätskefilm, sedan använda ljus för att få dem att falla ur suspension - lite som ärtor sjunker till botten av en skål soppa. Väl där, dessa byggstenar infiltrerar PDMS och bildar ett hybridhudskikt.

Detta resulterar i laboratoriekvivalent med ormskinnsstövlar.

"Inget håller fast vid det, "Sa Ding." Du kan röra vid det, och ditt finger kommer att glida. "

Glider och glider

För att bevisa hur ormliknande deras uppfinning är, han och hans kollegor - inklusive Mengyuan Wang, som nyligen fick sin doktorsexamen från CU Boulder - körde en serie till synes enkla tester. Gruppen fäst vikter på både hybrid och normalt PDMS, lägg dem sedan på olika snedställda ytor.

Teamets ormskinnsbehandlade PDMS halkade ner även små lutningar, Wang sa, medan det vanliga materialet inte ryckte.

"PDMS är riktigt klibbigt, "Sa Wang." Även när du vänder det helt upp och ner, det kommer fortfarande att fastna på ytor. "

Lagets ormskinn har liknande friktionsnivåer som många keramiska material och glänsande metaller, gruppen hittade. Ding tillade att SLIP -metoden är tillräckligt smidig för att den ska kunna lägga ner denna hud i vilket mönster som helst, inklusive i former som stavar ord.

Gruppen har fortfarande mycket arbete framför sig innan den kan börja applicera sin hala yta på riktiga robotskarvar. Men forskningen är ännu en anledning till att tacka en vänlig orm.

"När vi designar nya material, vi vet inte alltid vilken typ av struktur vi ska göra, "Sa Ding." Men om det finns ett exempel i naturen, det är redan bevisat att det kan fungera, så vi kan bara efterlikna det. "