De Ingenieur

Goede hechting poten van gekko nagemaakt

Microscopisch patroon van rubberen noppen

vrijdag 13 april 2012

De gekko loopt zonder problemen over muren en plafonds. Wetenschappers in Wageningen hebben nu de microstructuren op de tenen van het reptiel sterk vereenvoudigd nagemaakt.


Foto: Matthijs Rouw

Op zijn tenen heeft de gekko rijen met duidelijk zichtbare flapjes. Die bestaan elk uit duizenden pilaarvormige structuren van zo’n 100 µm lang en een paar micron dik.

Samen zorgen ze er voor dat de hagedis aan bomen en muren blijft hangen en zelfs ondersteboven over het plafond kan kruipen. Anders dan veel insecten heeft het dier hiervoor geen kleefstoffen nodig: de vezeltjes hechten met behulp van de vanderwaalskracht aan een oppervlak.

De onderzoekers van de Wageningen University & Research centre (WUR) hebben belangstelling voor deze stevige, maar omkeerbare hechting waarvoor geen kleverige stoffen nodig zijn.

‘We denken dit op termijn te kunnen gebruiken om robots te laten klimmen. En ook pick-and-place-machines in de elektronica-industrie kunnen profiteren van een goede hechting’, vertelt dr. Marleen Kamperman van de WUR, die werkt aan een techniek om de gekkostructuren sterk vereenvoudigd na te maken.

Ze begint met het vormen van een mal met behulp van lithografische technieken. Daar giet ze in vloeibare vorm het kunstrubber polydimethylsiloxaan (PDMS) in, dat vervolgens uithardt. Het resultaat is een regelmatig microscopisch patroon van ronde rubberen noppen op een ondergrond van kunststof.


ENERGIE

In experimenten blijkt dat dit noppenrubber beter op een zeer glad oppervlak, zoals een perfecte plak silicium, hecht dan op een vlak ongestructureerd oppervlak van hetzelfde materiaal.

‘Hoe dat komt, is nog niet 100 % duidelijk, maar we hebben wel een vermoeden’, vertelt Kamperman. ‘Wanneer een gladde plaat rubber strak tegen een plak silicium wordt gedrukt, dan kost het eenmalig veel energie om de adhesie te overwinnen. Daarna loopt het min of meer vanzelf – vergelijkbaar met plakband. Bij zo’n noppenstructuur is dat anders: voor elke nop moet dat energiebultje worden overwonnen en die energie is niet vast te houden voor het lostrekken van de volgende nop.’

Dit is voorlopig de theorie van de onderzoekers, die nog niet keihard is aangetoond. Om die reden bouwen ze zelf in Wageningen aan een meetopstelling voor het bepalen van de adhesie-energie van materialen. ‘Die bepalen we uit realtime metingen van de kracht die het lostrekken van twee oppervlakken kost en het contactoppervlak tussen die twee.’

Kamperman bepaalde de hechting van de noppenstructuur op proefstukken schuurpapier met verschillende ruwheden. Bij heel fijn schuurpapier bleek de hechting slecht en ook bij heel grof schuurpapier trad er weinig hechting op (zie figuur links). Maar daartussen zit papier met een ruwheid waarbij de hechting ineens omhoogschiet.

‘Dat verklaren we met het schoenborsteleffect’, laat Kamperman weten. Wie wel eens twee borstels op elkaar heeft gedrukt, weet wat dat is. ‘De structuren aan beide zijden zijn ongeveer van dezelfde breedte en schuiven dus gemakkelijk in elkaar en blijven zo klem zitten.’

Kamperman ontdekte dat de hechting van de noppen nog beter wordt door bovenop elk cilindertje een plat schijfje te zetten – het resultaat heeft wel wat weg van een paddenstoel.

‘Door de vorm van het hoedje treedt er aan de rand minder mechanische spanning op bij hechting. Bij het lostrekken begint de ‘scheur’ in het midden van de paddenstoel, maar juist daar kost lostrekken meer energie. Anders gezegd: de hechting van het geheel is beter.’

Voor praktische toepassingen moet de hechting van het noppenrubber omkeerbaar zijn: de boel moet weer loskomen. In het algemeen lukt dat door de nop van vorm te laten veranderen, bijvoorbeeld door extra hard te drukken.

‘Collega’s denken aan andere externe prikkels, zoals een temperatuursverandering of een magneetveld. Maar het eenvoudigste is om de nop te buigen; dan laat hij ook los.’
 

 




Nieuwsbrief

Blijf via onze nieuwsbrief op de hoogte van het laatste technieknieuws

2 Reacties op Goede hechting poten van gekko nagemaakt

matthijs rouw
op 07-04-2013 om 19:44

svp niet zomaar foto's kopieren en gebruiken. de macro foto is van mij, graag een naam en link opnemen: "foto: matthijs rouw" .. http://www.flickr.com/photos/matthijs/2183111141/in/photostream/

www.de-gekko.nl
op 30-12-2012 om 20:47

Verry nice artikel :-)

Reageren


Inloggen


Inloggen

Registreren

Wachtwoord vergeten
Wachwoord vergeten




Inloggen