Взяв за основу необычный способ, используемый насекомыми-"прилипалами" для того, чтобы удержаться на листьях, инженеры создали грузоподъемник с аналогичным принципом работы. Конструкция позволяет пластинке площадью в один сантиметр поднять десять килограммов груза, который удерживается в подвешенном состоянии за счет… крохотных капель жидкости.
На оригинальный способ, которым пользуются некоторые жуки-листоеды (Hemisphaerota cyanea), закрепляясь на листьях деревьев, обратил внимание профессор Пол Стин. Эти насекомые буквально прилипают к листьям, используя совокупную силу поверхностного натяжения, которое создает множество крохотных капелек жидкости, выделяемых их конечностями.
На первый взгляд, конструкция довольно хрупкая. Но точный расчет энтомологов рассеял все сомнения. Выяснилось, что общей "силы капель" на ножках крошки Hemisphaerota cyanea достаточно, чтобы выдерживать нагрузку в 60 раз превышающую собственный вес в течение двух минут, а на более короткий срок — и того больше. Профессор Стин и его коллеги-конструкторы решили применить аналогичный подход и для разработки подобных рукотворных устройств. Ведь неуклонная тенденция к миниатюризации техники на сегодняшний день требует адаптированных инновационных технологий.
Ученые взяли небольшую пластину, усеянную сотнями микроскопических отверстий, в которые с помощью крохотных насосов выдавливалась жидкость. Выяснилось, что между образовавшимися с другой стороны каплями формировались "жидкостные мостики", как только плоскость пластины оказывалась достаточно близко к другой поверхности. В результате груз плотно прилипал к подъемнику. Что важно, в устройстве не используется никаких движущихся частей. Оно представляет собой "бутерброд" из трех пластин. Нижняя, вогнутая, служит резервуаром для жидкости. Поверх нее располагается вторая, усеянная отверстиями, благодаря которым формируются капли — "жидкие мостики".
Поначалу ученые использовали обычную воду, но она слишком быстро испарялась, так что впоследствии была заменена на масло. Чтобы мостики сформировались, на пластины подается слабое напряжение, и жидкость выдавливается в результате электроосмоса. А "жидкие мостики" позволяют прилипнуть третьей пластине-грузу.
Чтобы отсоединить груз, достаточно снова подать напряжение — и капли втянутся обратно. Оба положения стабильны: электричество требуется лишь для их смены.
Ученые обращают внимание на то, что сила, с которой устройство прилипает, определяется не только общим числом капель-"мостиков", но и их диаметром (обратно пропорционально). "Главная задача для нас, — поясняет Пол Стин, — уменьшить размеры капель по крайней мере до диаметра около 0, 1 мкм ". И пока ученые не видят в этом препятствий.
Пока же в устройстве используются отверстия 150 мкм в поперечнике, что позволяет ему удерживать 10 килограммов на каждый квадратный сантиметр своей поверхности. Уменьшение же до 0, 1 мкм позволит добиться очень внушительной цифры — 13 килограммов (на ту же площадь). "Эту технологию ждет большое будущее, — уверен профессор Стин. — Лет через пять мы представим коммерческий продукт, использующий принципиально новый тип крепления — с помощью контролируемых капиллярных сил".
На первый взгляд, конструкция довольно хрупкая. Но точный расчет энтомологов рассеял все сомнения. Выяснилось, что общей "силы капель" на ножках крошки Hemisphaerota cyanea достаточно, чтобы выдерживать нагрузку в 60 раз превышающую собственный вес в течение двух минут, а на более короткий срок — и того больше. Профессор Стин и его коллеги-конструкторы решили применить аналогичный подход и для разработки подобных рукотворных устройств. Ведь неуклонная тенденция к миниатюризации техники на сегодняшний день требует адаптированных инновационных технологий.
Ученые взяли небольшую пластину, усеянную сотнями микроскопических отверстий, в которые с помощью крохотных насосов выдавливалась жидкость. Выяснилось, что между образовавшимися с другой стороны каплями формировались "жидкостные мостики", как только плоскость пластины оказывалась достаточно близко к другой поверхности. В результате груз плотно прилипал к подъемнику. Что важно, в устройстве не используется никаких движущихся частей. Оно представляет собой "бутерброд" из трех пластин. Нижняя, вогнутая, служит резервуаром для жидкости. Поверх нее располагается вторая, усеянная отверстиями, благодаря которым формируются капли — "жидкие мостики".
Поначалу ученые использовали обычную воду, но она слишком быстро испарялась, так что впоследствии была заменена на масло. Чтобы мостики сформировались, на пластины подается слабое напряжение, и жидкость выдавливается в результате электроосмоса. А "жидкие мостики" позволяют прилипнуть третьей пластине-грузу.
Чтобы отсоединить груз, достаточно снова подать напряжение — и капли втянутся обратно. Оба положения стабильны: электричество требуется лишь для их смены.
Ученые обращают внимание на то, что сила, с которой устройство прилипает, определяется не только общим числом капель-"мостиков", но и их диаметром (обратно пропорционально). "Главная задача для нас, — поясняет Пол Стин, — уменьшить размеры капель по крайней мере до диаметра около 0, 1 мкм ". И пока ученые не видят в этом препятствий.
Пока же в устройстве используются отверстия 150 мкм в поперечнике, что позволяет ему удерживать 10 килограммов на каждый квадратный сантиметр своей поверхности. Уменьшение же до 0, 1 мкм позволит добиться очень внушительной цифры — 13 килограммов (на ту же площадь). "Эту технологию ждет большое будущее, — уверен профессор Стин. — Лет через пять мы представим коммерческий продукт, использующий принципиально новый тип крепления — с помощью контролируемых капиллярных сил".