Le laboratoire de Stanford développe « le produit non collant le plus collant au monde »

Le développement du matériau « le plus collant et non collant » au monde a été inspiré par les petites pattes du gecko.

Le laboratoire de biomimétique et de manipulation adroite (BDML) du professeur de génie mécanique de Stanford, Mark Cutkosky, étudie les propriétés de l'étrange capacité de ce lézard à adhérer aux surfaces. En BDML, doctorat de sixième année en génie mécanique. Tony Chen, étudiant en cinquième année de doctorat en génie mécanique. l'étudiant Amar Hajj-Ahmad a collaboré pour développer un ruban adhésif sec qui imite la prise du gecko.

Le projet de développement d'adhésif pour gecko de Stanford a débuté au milieu des années 2000 après que l'Agence des projets de recherche avancée de défense (DARPA) du ministère américain de la Défense a lancé un défi visant à concevoir un moyen permettant aux robots de grimper verticalement sur les murs sans aspiration, a déclaré Chen. L'adhésif a récemment été présenté dans une vidéo d'information sur la populaire chaîne YouTube Veritasium.

Les geckos sont une espèce de lézard généralement carnivore, dont la taille varie d'environ un demi-pouce à un peu plus d'un pied et dont la présence est répandue dans le monde entier, habitant à la fois les forêts tropicales et les maisons.

L'anatomie des coussinets des orteils du gecko lui confère ses capacités d'escalade habiles. Selon Cutkosky dans la vidéo, en regardant de plus près les coussinets des orteils d'un gecko, vous pouvez voir des sections nervurées, appelées lamelles. Les lamelles sont constituées de tiges ressemblant à des poils appelées soies, qui se terminent par des branches de la taille d'un micron appelées spatule, a déclaré Cutkosky.

Lorsqu’un gecko grimpe, il s’appuie sur l’adhésion attribuée aux forces de Van der Waals – ironiquement, la force intermoléculaire la plus faible – consistant en une attraction entre atomes neutres. Ces forces permettent au gecko de s’attacher et de se détacher des surfaces à sa guise.

Selon Chen, l'adhésif gecko a une meilleure fonctionnalité sur les surfaces lisses, car le caractère rugueux des surfaces plus rugueuses signifie qu'il y a une plus grande distance entre les atomes, ce qui entraîne une force d'adhésion plus faible. Cutkosky a écrit que BDML « continue d'essayer d'améliorer les performances globales [de l'adhésif gecko], en particulier sur les matériaux non lisses comme le carton et le tissu. »

Pourquoi des geckos ? "Les geckos sont le plus gros animal qui dépend encore des forces de Van der Waals", a déclaré Chen. Hajj-Ahmad a ajouté qu'en revanche, les animaux plus lourds comme les éléphants et les humains dépendent de forces de friction, qui correspondent aux forces et au poids normaux. Étant donné que les organismes plus petits sont plus légers, ils ne peuvent pas générer autant de force de friction et dépendent de Van der Waals.

De nombreux étudiants ont réitéré le matériel depuis son élaboration initiale. "La façon dont nous le fabriquons et même sa géométrie ont évolué au cours des 16 à 17 dernières années", a déclaré Chen.

Selon Hajj-Ahmad, un gecko grimpant « pincera » ses orteils pour engager sa force d'adhésion, puis « inversera la direction » de « ce pincement » pour libérer la surface. L'adhésif développé par les chercheurs de BDML imite ce comportement en adhérant fermement à une surface lorsqu'il est chargé dans une direction et en se décollant proprement lorsqu'il est déchargé.

Le BDML n'est pas le seul laboratoire à travailler sur des adhésifs inspirés des geckos, a déclaré Cutkosky.

« La différence la plus importante entre la plupart d’entre eux et notre adhésif est la contrôlabilité. Notre adhésif ne colle que lorsqu'il est chargé en cisaillement ; le relâchement de la force de cisaillement lui permet de se séparer pratiquement sans effort », alors que d'autres peuvent nécessiter plus d'efforts, a déclaré Cutkosky.

Selon Hajj-Ahmad, les structures triangulaires observées lors d'un zoom sur l'adhésif permettent une surface de contact variable du ruban, lui permettant d'avoir une surface accrue lorsqu'une plus grande adhérence est nécessaire et simplement la zone de pointe lorsque le ruban doit être décollé.

La fabrication de l'adhésif gecko est un processus en plusieurs étapes. Tout d’abord, un moule est réalisé à l’aide d’une machine CNC. La CNC utilise une lame de microtome ultra-tranchante pour inciser des marques triangulaires dans la cire molle, essentiellement invisibles à l'œil nu. L'adhésif est composé de silicone, apprécié pour sa durabilité et généralement peu réactif. Ensuite, une certaine variante de silicone liquide, sélectionnée en fonction de paramètres tels que la rigidité et la viscosité, est versée sur le moule et se dépose dans les rainures fraisées par la CNC. Une couche de support de Kapton, un film mince, est appliquée sur le dessus. Une fois le silicone durci, il est démoulé.