Természet ihlette öntapadó fóliák

Ablaküvegen felmászni vagy egy levél fonákjára tapadni? Az állatvilágban nem ördöngösség. De vajon minek köszönhetik az állatok különleges képességeiket? Ha megfejtenénk a titkukat, az állatvilágtól tanulva újfajta anyagok fejlesztésére nyílna lehetőség, amelyből pl. az űrkutatás, az orvostudomány profitálhatna, végül pedig talán mi magunk is. A Kieli Egyetem tudományos munkatársai - Lars Heepe és Stanislav Grob professzor - a bionika ezen területén végezik kutatásaikat. A kísérleti alanyaik a levélbogár hím egyedei, melyek speciális tapadási tulajdonságait vizsgálják.

„Az állatok tapadási tulajdonságai tudományos és technológiai szempontból is inspirálólag hatnak. Biológusok, fizikusok, kémikusok és mérnökök együttműködésével már több mint 10 éve folynak a kitűnő tapadási tulajdonságokat mutató állati végtagok megismerését célzó kísérletek” - magyarázta Gorb. A morfológiai vizsgálatok bepillantást engednek millió mikro- illetve nanométerméretű szőröcske világába. Ezek segítségével jöhet létre a kapcsolódás egy adott felülettel.

A viszonylag gyenge ú. n. Van-der-Waals kötésnek köszönhetően az állatok saját testsúlyuknak akár sokszorosát is képesek megtartani. Emellett a szőrök jobb tapadásához a nedvesség is hozzájárulhat. A részletes összehasonlító tanulmányok különbségeket mutattak a kontaktgeometriában, azaz a szőrök végének az alakjában. Különösen erős tapadást mutat az a gombafej forma, mely a levélbogarak hímegyedeinek végtag végződésére jellemző.

Mikroszkópfelvétel a hím levélbogár (Chrysolina fastuosa) gombafej formájú tapadó szőreiről (© Stanislav N. Gorb)

A kutatócsoport az új ismereteket alapul véve próbál egy ipari partnerrel együttműködve mesterséges másolatokat készíteni a tapadó szerkezetekről, az eredmény a következő képen látható.

Mikroszkópfelvétel a természet inspirálta öntapadó fólia felületéről (© Stanislav N. Gorb)

„A biológia ihlette, gombafej formájú geometrián alapuló mikroszerkezetű polimerfólia kétszer olyan jó tapadási tulajdonságokat mutat, mint az azonos anyagból készített, azonban sima és szerkezet nélküli kontroll minta. Víz alatt a hatás még szembe tűnőbb” - magyarázta Heepe. Ez azt sejtetetné, hogy a mesterséges szerkezetek egyszerű tapadókorongokként viselkednek.

A kutatók, hogy bizonyítsák feltevésüket, kísérleteket végeztek vákuumban. Mivel egy tapadókorong az erejét a belseje és külseje között uralkodó nyomáskülönbségből nyeri, elvileg vákuumban szívóerő nem lép fel. A tapadóerők összehasonlítsa céljából a kutatók atmoszférikus nyomáson és vákuumban a strukturált polimerfóliát egy sima üvegfelülethez nyomták és mérték a fólia üvegről való letépéséhez szükséges erőt.

Ennek során kiderült, hogy a gombafej formájú szerkezetek bizonyos körülmények között szívóhatást is mutathatnak. Ez azonban maximum az össztapadóerő tíz százalékát teszi ki. „Azaz nem a szívó erő felelős a polimerfólia tapadásáért. Ebből arra következtetünk, hogy a ragasztóanyagtól mentes és újrahasznosítható fóliák megnövekedett tapadásának az oka a biológia ihlette geometriában és a Van-der-Waals erőkben keresendő”- foglalta össze Heepe az eredményeket.

Forrás: www.scinexx.de

Laski Linda, Ritzinger György