受章鱼启发的粘合剂可精确抓取和释放水下物体
弗吉尼亚理工大学，弗吉尼亚州布莱克斯堡
研究生李灿红在实验室测试受章鱼启发的吸盘。 （图片：弗吉尼亚理工大学的亚历克斯·帕里什）利用受自然启发的机制来创造新的技术创新是弗吉尼亚理工大学研究团队的标志。由副教授 Michael Bartlett 领导的研究小组创造了一种受章鱼吸盘形状启发的章鱼粘合剂，可以快速抓取并可控地释放具有挑战性的水下物体。
能够抓取和释放这些水下物体，如重石、小贝壳、软珠和其他碎片，可能成为水下打捞甚至救援行动的有力工具。他们的研究结果发表在Advanced Science上 .
这项工作是与弗吉尼亚理工大学的本科生研究人员 Austin Via、Aldo Heredia 和 Daniel Adjei 共同完成的。研究生研究助理 Chanhong Lee 是该论文的第一作者，报告了美国国家科学基金会通过“设计材料以彻底改变和设计我们的未来”计划支持的研究。
“我着迷于章鱼如何在某一瞬间牢牢抓住某物，然后立即释放它。它在水下、粗糙、弯曲和不规则的物体上做到这一点 - 这是一项壮举，”巴特利特说。
为了克服这一长期存在的挑战，巴特利特和他的团队着眼于章鱼的形状。具体来说，他们观察了章鱼吸盘的外部结构，称为漏斗部。这激发了研究人员创造一种粘合剂，该粘合剂利用弹性弯曲杆和活性可变形膜，可改变形状以实现多表面粘合。
弯曲的柄附着在大尺度的曲率上，同时增加了对小尺度粗糙度的适应性。这些机制协同作用，可提高多个长度尺度上的粘附力。
由此产生的受章鱼启发的粘合剂在激活时比易剥离状态下的强度强 1,000 倍。重要的是，这种切换发生在不到一秒（大约 30 毫秒）的时间内。这种受章鱼启发的粘合剂现在可以在不同的表面上实现高附着强度，包括粗糙、弯曲和不规则的物体以及不同的流体。有了这个新工具，潜水员可以在不过度挤压的情况下握住光滑的物体，还可以通过快速切换来快速抓住它。
由于章鱼吸盘是由活体组织制成的，因此它们会扭曲、膨胀和收缩，以适应它们即将进行的工作。这不仅使动物拥有更强的抓地力，而且还可以在发现光滑或粗糙、有角度或平坦的物体时适应其握持方式。
借助这种受章鱼启发的新型粘合剂，研究团队成员可以拾取、握住和释放各种具有挑战性的水下物体，包括平坦、粗糙甚至弯曲的软质和刚性材料。
这种能力通过建造水下石堆（精心建造的水下岩石堆）得到了证明。在这里，岩石具有不同的尺寸、形状和表面粗糙度，必须被拾起，但也必须精确释放以保持结构平衡。同时，它们还可以轻松抓取和释放柔软的果冻状珠子。
“这些类型的操作是由章鱼在巢穴周围排列物体时进行的，”李说。 “这次演示凸显了受章鱼启发的粘合剂精确操纵困难的水下物体的能力。”
这些材料在多个周期和较长时间内也表现出可靠的附着力。在一项实验中，附着力在 100 个周期内保持恒定。在另一项测试中，该团队将一块粗糙、弯曲的岩石在水下放置了 7 天以上，然后根据需要将其释放。特别是在抢救应用中，需要长时间持有物体，这一点可能至关重要。
如需了解更多信息，请联系 Margaret Ashburn：此电子邮件地址已受到垃圾邮件机器人保护。您需要启用 JavaScript 才能查看它..
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