Осьминоги вызывают восхищение множеством своих уникальных качеств, они достаточно проворно передвигаются в водной среде, а в деле маскировки им просто нет равных на всем земном шаре. Ученых-материаловедов также интересуют высокие адгезионные свойства их щупалец, управляя давлением внутри присосок щупалец, эти животные-цефалоподы могут удерживать себя на любой поверхности, вне зависимости от ее характера.
Взяв за основу принципы, заложенные в строении щупалец осьминогов, ученые их Национального института науки и техники (Ulsan National Institute of Science and Technology, UNIST), Южная Корея, возглавляемые Хюнхюбом Ко (Hyunhyub Ko), создали своего рода «умный» клей, который может использоваться для скрепления наноматериалов, для создания гибких электронных устройство и для объединения в единое целое компонентов из несовместимых друг с другом материалов, к примеру, элементов из арсенида галлия и кремния.
В живой природе существует масса клеящих составов естественного происхождения, параметры которых оставляют далеко позади параметры всего того, что было сделано людьми. Самыми яркими примерами являются конечности древесной лягушки и геккона. Тщательные исследования этих естественных феноменов привели к появлению массы новых технологий, но, к сожалению, все, что было создано учеными, проигрывает по ряду параметров тому, что было создано природой за миллионы лет эволюции.
Вернемся к осьминогам. Каждая из его присосок представляет собой впадину, окруженную мускульными тканями. Когда одна из групп мускулов сокращается, присоска растягивается и это приводит к уменьшению толщины ее стенки. Кроме этого, такое действие увеличивает внутренний объем присоски, уменьшая давление во внутренней полости по отношению к окружающему давлению воды, за счет чего возникают удерживающие силы. Когда вышеупомянутая группа мускулов расслабляется, а другая сокращается, присоска сжимается, давление внутри увеличивается и она открепляется от поверхности.
Для того, чтобы создать искусственный вариант такого механизма, корейские ученые использовали эластичный материал PDMS, листы которого были пронизаны сеткой тончайших пор. Фокус всего этого заключался в том, что внутренние стены этих пор были покрыты еще более тонким слоем полимера, реагирующего на тепло, что превращало материал, которому была придана соответствующая форма, в аналог присоски щупальца осьминога. При нормальной температуре материал находится в «расслабленном» состоянии и его поры наполнены водой. Но, а случае контакта с поверхностью, нагретой выше 32 градусов Цельсия, полимерное покрытие совершает фазовый переход, становясь гидрофобным (водоотталкивающим). Вся искусственная присоска резко сокращается и сила адгезии к поверхности увеличивается от 0.32 килопаскаля до 94 килопаскалей.
При помощи такого «умного» клея корейским ученым удалось прикрепить транзисторы из арсенида галлия на основание из диоксида кремния. Кроме этого, они прикрепили некоторые виды наноматериалов к гибким полимерным основаниям, то, что делается весьма трудоемким образом при использовании традиционных клеящих составов, основанных на слабых силах Ван-дер-Вальса.
А в будущем такие клеи и пластыри на их основе могут быть использованы для крепления всевозможных датчиков, электронных и механических устройств к поверхностям, надежный и прочный контакт с которыми обеспечить очень и очень тяжело. Ярким примером такого является крепление протезов к оставшимся частям ампутированных конечностей человека, крепление медицинских датчиков к труднодоступными или неудобным частям тела. При температуре 37 градусов Цельсия, соответствующей температуре человеческого тела, «осьминожий» пластырь является наиболее липким. А для того, чтобы его можно было удалить совершенно безболезненно для человека, его поверхность стоит лишь смочить прохладной водой.
Источник:
