Der vom Oktopus inspirierte Klebstoff ermöglicht das präzise Greifen und Lösen von Unterwasserobjekten

Virginia Tech University, Blacksburg, VA

Der Doktorand Chanhong Lee testet den vom Oktopus inspirierten Sauger im Labor. (Bild:Alex Parrish für Virginia Tech)

Die Nutzung von von der Natur inspirierter Mechanismen zur Schaffung neuer technologischer Innovationen ist ein Markenzeichen eines Forschungsteams der Virginia Tech. Die von außerordentlichem Professor Michael Bartlett geleitete Gruppe hat einen von Oktopussen inspirierten Klebstoff entwickelt, der von der Form von Oktopussaugern inspiriert ist und herausfordernde Unterwasserobjekte schnell greifen und kontrolliert freigeben kann.

Die Fähigkeit, diese Unterwasserobjekte wie schwere Steine, kleine Muscheln, weiche Perlen und andere Trümmer zu greifen und freizugeben, könnte ein leistungsstarkes Werkzeug für die Bergung unter Wasser und sogar für Rettungseinsätze sein. Ihre Ergebnisse wurden in Advanced Science veröffentlicht .

Diese Arbeit wurde mit den Bachelor-Forschern Austin Via, Aldo Heredia und Daniel Adjei von der Virginia Tech durchgeführt. Chanhong Lee, Graduate Research Assistant, war Erstautor des Papiers und berichtete über Forschungsergebnisse, die von der National Science Foundation im Rahmen des Programms „Designing Materials to Revolutionize and Engineer our Future“ unterstützt wurden.

„Ich bin fasziniert davon, wie ein Oktopus in einem Moment etwas festhalten und es dann sofort wieder loslassen kann. Das gelingt ihm unter Wasser, auf Objekten, die rau, gebogen und unregelmäßig sind – das ist eine ziemliche Leistung“, sagte Bartlett.

Um diese langjährige Herausforderung zu meistern, haben Bartlett und sein Team die Form des Oktopus untersucht. Konkret untersuchten sie die äußere Struktur des Saugnapfes des Oktopus, das sogenannte Infundibulum. Dies inspirierte die Forscher zur Entwicklung eines Klebstoffs, der einen elastischen, gebogenen Stiel mit einer aktiven, verformbaren Membran nutzt, die ihre Form für eine Haftung auf mehreren Oberflächen ändert.

Der gebogene Stiel passt sich großen Krümmungen an und erhöht gleichzeitig die Anpassungsfähigkeit an kleine Rauheiten. Diese Mechanismen arbeiten synergetisch zusammen, um die Haftung über mehrere Längenskalen hinweg zu verbessern.

Dies führte zu von Oktopussen inspirierten Klebstoffen, die im aktivierten Zustand 1.000-mal stärker sind als im leicht ablösbaren Zustand. Wichtig ist, dass dieser Wechsel innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde, etwa 30 Millisekunden, erfolgt. Die vom Oktopus inspirierten Klebstoffe erreichen nun eine hohe Haftfestigkeit auf verschiedenen Oberflächen, einschließlich rauer, gebogener und unregelmäßiger Objekte sowie in verschiedenen Flüssigkeiten. Mit diesem neuen Werkzeug kann ein Taucher einen rutschigen Gegenstand ohne übermäßigen Druck festhalten und ihn durch schnelles Umschalten auch schnell schnappen.

Da Oktopussauger aus lebendem Gewebe bestehen, verformen, dehnen und ziehen sie sich zusammen, um sich an die Aufgabe anzupassen, der sie dienen. Dies gibt dem Tier nicht nur einen stärkeren Halt, sondern auch die Flexibilität, seinen Halt anzupassen, wenn es Gegenstände findet, die glatt oder rau, eckig oder flach sind.

Mit dem neuen, vom Oktopus inspirierten Klebstoff können Mitglieder des Forschungsteams eine Vielzahl anspruchsvoller Unterwasserobjekte aufnehmen, halten und loslassen, darunter weiche und starre Materialien, die flach, rau und sogar gebogen sind.

Diese Fähigkeit wurde durch den Bau eines Unterwasser-Steinhaufens, eines sorgfältig aufgebauten Haufens aus Unterwassersteinen, demonstriert. Hier haben die Steine ​​unterschiedliche Größen, Formen und Oberflächenrauheiten und müssen aufgenommen, aber auch präzise freigegeben werden, um die Struktur im Gleichgewicht zu halten. Gleichzeitig können sie weiche, geleeartige Perlen problemlos greifen und freigeben.

„Diese Art von Manipulationen werden von einem Oktopus durchgeführt, wenn er Gegenstände in seinem Bau anordnet“, sagte Lee. „Diese Demonstration unterstreicht die Fähigkeit des vom Oktopus inspirierten Klebstoffs, schwierige Unterwasserobjekte präzise zu manipulieren.“

Die Materialien zeigen auch über mehrere Zyklen und über einen längeren Zeitraum hinweg eine zuverlässige Haftung. In einem Experiment blieb die Befestigungskraft über 100 Zyklen konstant. In einem anderen Test hielt das Team einen rauen, gebogenen Stein mehr als sieben Tage lang unter Wasser und ließ ihn dann bei Bedarf wieder frei. Insbesondere bei Bergungsanwendungen, bei denen ein Objekt über einen längeren Zeitraum gehalten wird, kann dies kritisch sein.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Margaret Ashburn unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt. Sie müssen JavaScript aktivieren, damit Sie es sehen können.