El uso de mecanismos inspirados en la naturaleza para crear nuevas innovaciones tecnológicas es una firma del equipo de investigación de Virginia Tech. Un grupo dirigido por el profesor asociado Michael Bartlett ha desarrollado un adhesivo inspirado en los pulpos, inspirado en la forma de los pulpos, que puede agarrar y soltar rápidamente y con control objetos desafiantes bajo el agua.
Tener la capacidad de atrapar y soltar objetos bajo el agua, como rocas pesadas, conchas pequeñas, perlas blandas y otros desechos, puede ser una herramienta poderosa para el rescate submarino e incluso para las operaciones de rescate. Sus resultados se publican en Ciencia avanzada.
El trabajo se realizó con los investigadores universitarios Austin Vea, Aldo Heredia y Daniel Edgy de Virginia Tech. El asistente de investigación graduado Chanhong Li fue el primer autor del artículo que informa sobre la investigación apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias a través del programa Diseño de materiales para revolucionar y diseñar nuestro futuro.
Bartlett dijo: “Estoy fascinado por cómo un pulpo puede aferrarse a algo por un momento y luego soltarlo inmediatamente. Está bajo el agua, sobre objetos ásperos, curvos e irregulares. Lo hace, es todo un logro”, dijo Bartlett. .
Cómo controlarse bajo el agua
Para superar este desafío de larga data, Bartlett y su equipo observaron la forma del pulpo. Específicamente, observaron la estructura externa de la ventosa del pulpo, llamada infundíbulo. Esto inspiró a los investigadores a crear un adhesivo que utiliza un tallo curvo y flexible con una membrana activa y deformable que cambia de forma para lograr una adhesión multicapa.
Los tallos curvos se asocian con una curvatura a gran escala, mientras que la rugosidad a pequeña escala aumenta la adaptación. Estos mecanismos funcionan sinérgicamente para optimizar la adhesión en múltiples escalas de longitud.
Esto dio como resultado adhesivos inspirados en pulpos que son 1000 veces más fuertes cuando se activan que en un estado de liberación simple. Es importante destacar que este cambio se produce en una fracción de segundo, unos 30 milisegundos. Los adhesivos inspirados en los pulpos ahora logran una fuerza de adhesión superior a diversas superficies, incluidos objetos rugosos, curvos e irregulares, así como a diversos fluidos. Con esta nueva herramienta, el buzo puede agarrar un objeto resbaladizo sin apretar demasiado y puede romperlo rápidamente con un cambio rápido.
Captura y liberación de objetos submarinos desafiantes.
Debido a que los pulpos están hechos de tejido vivo, se calientan, se expanden y se contraen para adaptarse a la tarea que realizan. Esto le da al animal no sólo un agarre fuerte sino también la capacidad de adaptar su agarre cuando encuentra objetos lisos o ásperos, angulares o planos.
Con el nuevo adhesivo inspirado en el pulpo, los miembros del equipo de investigación pueden recoger, sostener y soltar una amplia gama de objetos submarinos desafiantes, incluidos materiales blandos y duros que son planos, rugosos e incluso curvos.
Esta capacidad se demostró construyendo un mojón submarino, cuidadosamente construido con rocas submarinas. Aquí, las rocas tienen diferentes tamaños, formas y rugosidades superficiales y deben recogerse pero dejarse intactas para equilibrar la composición. Al mismo tiempo, pueden atrapar y soltar fácilmente cuentas suaves y gelatinosas.
“Este tipo de manipulación la realiza un pulpo mientras organiza los objetos alrededor de su guarida”, dijo Lee. “Esta demostración destaca la capacidad de un adhesivo inspirado en el pulpo para adherirse sutilmente a objetos submarinos difíciles”.
El material también muestra una fijación confiable durante múltiples ciclos y durante un largo período de tiempo. En un experimento, la fuerza de sujeción permaneció constante durante 100 ciclos. En otra prueba, el equipo mantuvo una roca rugosa y curva bajo el agua durante más de siete días y luego la liberó cuando se le pidió. Esto puede ser importante, especialmente en aplicaciones de recuperación donde un objeto se mantiene durante largos períodos de tiempo.
Agarrando como un pulpo
Bartlett creó previamente el Octa-Glove, que se publicó en Science Advances. El Octa-Glove presenta adhesivos inspirados en pulpos equipados con sensores LIDAR que detectan objetos cercanos y se adhieren al objeto con una unión fuerte pero suave sin aplicar fuerza excesiva. Después de la captura, las ventosas se pueden desconectar a pedido, dejando el objeto capturado.
Los guantes pueden ser una herramienta valiosa para buceadores de rescate, arqueólogos subacuáticos, tecnologías asistidas por el usuario y profesionales de la salud u otras tareas similares que requieren un agarre firme sobre objetos mojados o bajo el agua. Esta investigación publicada recientemente podría aumentar la capacidad de sujeción del guante, haciendo que el agarre sea aún más fuerte.
“Esperamos utilizar nuestro nuevo diseño adhesivo para mejorar aún más el Octa-Glove”, afirmó Bartlett. “Los entornos submarinos presentan una larga lista de desafíos, y este avance nos coloca sobre otro obstáculo. Ahora podemos replicar la increíble capacidad de un pulpo para agarrar y manipular objetos con precisión. Están más cerca que nunca, abriendo nuevas posibilidades para la exploración y manipulación de ambientes húmedos o submarinos.”
