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Estas garras acionadas por luz são inspiradas em lagartixas

Estas garras acionadas por luz são inspiradas em lagartixas


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Uma pequena equipe de pesquisadores de Kiel University na Alemanha, desenvolveu recentemente um material que ganha força com a luz. A tecnologia se baseia em pinças acionadas por luz, que são ativadas simplesmente pelo brilho de uma luz ultravioleta em um novo material adesivo. Os pesquisadores estão trabalhando em um dispositivo que emulará a maneira como as lagartixas correm continuamente por superfícies precárias em quase todas as direções.

Como as lagartixas se agarram

Enquanto muitas criaturas podem preferir mãos hábeis ou garras longas para obter o controle, as lagartixas usam uma abordagem totalmente diferente. Eles não usam ventosas de secreção pegajosas ou ganchos minúsculos. Em vez disso, as lagartixas usam uma gama incrivelmente diminuta e compacta de cabelos microscópicos. Os fios de cabelo conferem-lhes uma aderência notável, que lhes permite escalar paredes e disparar através dos tectos em virtualmente qualquer ângulo em praticamente todas as superfícies. Eles são, sem dúvida, os melhores escaladores.

[Fonte da imagem:Wikipedia]

Aparentemente, sem esforço, uma lagartixa pode correr por um painel vertical de vidro e ficar pendurada de cabeça para baixo no que parece ser quase todos os materiais. O segredo de sua pega pegajosa sem precedentes é o feixe de pêlos microscópicos que se estendem de cada um de seus quatro pés. Embora possa parecer óbvio que os fios de cabelo se prendem a imperfeições microscópicas ao longo das superfícies que eles escalam, certamente não é a única força em jogo. Também ajudá-los em seus esforços de dimensionamento é um culpado surpreendente, que serForças de Van der Waals.

As forças de Van der Waals são responsáveis ​​por manter juntos grupos de átomos e moléculas. Ao contrário das ligações covalentes e iônicas que mantêm os átomos unidos, as forças de Van der Waals atuam sobre milhões de átomos e moléculas para mantê-los unidos como um grupo, como as moléculas da água.

Geckos e der Waals

Os elétrons determinam a polaridade de uma molécula. No entanto, eles também estão se movendo incrivelmente rápido, o que pode mudar momentaneamente a polaridade de um átomo ou molécula. A mudança momentânea dá a uma molécula tempo suficiente para se ligar a outra. Como Ciênciadescreve;

Essa força vem de flutuações nas distribuições de carga entre moléculas vizinhas, que não precisam ser polares; suas flutuações de carga naturalmente entram em sincronia, criando uma força atrativa.

É uma força extremamente fraca e fácil de quebrar. Isso a menos que você tenha milhões de fios de cabelo para torná-los úteis.

“As forças de Van der Waals são o tipo mais fraco de forças interatômicas que temos”, diz P. Alex Greany, professor de engenharia mecânica da Oregon State University em Corvallis. “É incrível que as lagartixas sejam capazes de usar essa força tão fraca."

Então, o que realmente está acontecendo?

Os cientistas estão constantemente mudando suas crenças e conhecimentos sobre como os pés das lagartixas se firmam. Cada espécie individual usa técnicas diferentes para otimizar e adaptar sua técnica de escalada de acordo com o ambiente e os materiais que precisam escalar. Os cabelos e pés são complexos entre os850 espécies conhecidas de lagartixa. Naturalmente, há muito a aprender, mas os cientistas estão aprimorando as técnicas que usam.

Atualmente, é bem conhecido que milhões de fios microscópicos conhecidos comocerdas ramificar-se para formar bilhões de pequenos pontos de contato chamados espátula. Os ramos aumentam exponencialmente a quantidade de contato, criando uma quantidade exponencial de forças de Van der Waals e, finalmente, dando às lagartixas sua conhecida pegada.

Imitando a natureza

Naturalmente, como acontece com muitas maravilhas da natureza, os cientistas tentaram emular os mesmos efeitos com o material sintético. O fascínio dos cientistas em replicar a pegada da lagartixa produziu alguns resultados promissores. No entanto, a maioria das técnicas requer calor ou eletricidade para ativar e desativar a adesão. É fácil projetar um material que adere. No entanto, projetar uma empunhadura que pode ligar e desligar voluntariamente é uma besta totalmente diferente. Apesar do desafio crescente, os cientistas estão se aproximando de garras hábeis com sua nova implementação de material gecko-grip acionado por luz.

Lagartixas fazem isso, por que não podemos

Lagartixas caminham por todas as superfícies como se fossem o solo. Portanto, se eles são mantidos no lugar com tanta força pelas forças de Van der Waals, como podem andar tão facilmente? A chave para sua desmontagem são os pêlos dos pés angulares e microscópicos. Certos ângulos ajudam a prender a lagartixa a uma superfície.

De acordo com um estudo publicado em 2014, algumas lagartixas podem ajustar levemente os ângulos do cabelo, tornando-o muito mais fácil de se desprender. A descoberta foi feita em 2014, então a técnica só recentemente foi usada em versões sintéticas.

Aumentar ainda mais seu mecanismo de destacamento com mola de aderência os lança de volta ao movimento. A descoberta é grande, e agora os cientistas estão usando as informações para aperfeiçoar sua tecnologia gecko.

Pinças atuadas de sintetização

Naturalmente, como acontece com muitas maravilhas da natureza, os cientistas estão tentando emular os mesmos efeitos com o material sintético. O fascínio de replicar gecko grip rendeu alguns resultados promissores na comunidade científica. No entanto, a maioria das técnicas requer calor ou eletricidade para ativar e desativar a adesão. Agora, os cientistas estão se aproximando de garras hábeis com sua nova implementação de material gecko-grip acionado por luz.

Uma equipe liderada por Emre Kizilkan na Universidade de Kiel desenvolveu recentemente um material adesivo bioinspirado que pode ser controlado remotamente usando luz ultravioleta. A equipe desenvolveu primeiro um material poroso elástico(LCE, elastômero de cristal líquido) que se dobra na presença de luz ultravioleta. O LCE foi então combinado com um composto adesivo para fazer um material composto que pode controlar sua aderência com um pouco de luz ultravioleta.

Material composto dobrado sob luz ultravioleta[Fonte da imagem: Kiel University]

Usando o método recém-desenvolvido, a equipe conseguiu controlar com precisão o material composto para pegar e mover uma pequena lâmina de vidro. Ativar o material com luz permitiu que a equipe pegasse e posicionasse suavemente o vidro sem deixar resíduos.

“A vantagem da luz é que ela pode ser usada com muita precisão. É reversível, por isso pode ser ligado e desligado novamente, e muito rapidamente ”, disse Emre Kizilkan do grupo de pesquisa em Morfologia Funcional e Biomecânica do professor Stanislav Gorb do Instituto Zoológico.

Close up do material adesivo com substrato LCE[Fonte da imagem: Kiel University]

Controlando o futuro

Os pesquisadores esperam que seu material composto adesivo inteligente seja usado para melhorar as técnicas médicas e outros procedimentos exigem o transporte de objetos na faixa micro. Ou, como muitos podem esperar, pode ser usado para fazer as melhores luvas de homem-aranha. As aplicações são infinitas.

“Pudemos mostrar que nosso novo material pode ser usado para transportar objetos. Além disso, demonstramos que o transporte pode ser controlado com muita precisão com luz - em um nível micro ”, explica Kizilkan. Gorb acrescenta: “Usamos a luz como controle remoto, por assim dizer. Nosso material adesivo bioinspirado também não deixa resíduos nos objetos”.

A tecnologia é impressionante, mas ainda prova que a natureza continua sendo a mãe de toda a engenharia.

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Escrito por Maverick Baker


Assista o vídeo: Transporte Através de Membrana. Proteínas Transportadoras. Simport


Comentários:

  1. Corin

    Peço desculpas por interferir, mas você poderia dar um pouco mais de informação.

  2. Forrest

    muito curioso:)

  3. Derrick

    É uma pena que agora não possa expressar - está muito ocupado. Mas vou voltar - vou necessariamente escrever que penso nessa pergunta.

  4. Mezirr

    pode e deve ser :) examinar é infinito

  5. Gale

    Uma frase muito útil

  6. Marty

    Em vez de críticas aconselhar a decisão do problema.



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