Химики создали переключаемые светом «гекконьи лапки»

Химики из Бременского и Кильского университетов (Германия) разработали покрытие, способное имитировать адгезию лапок геккона. При этом адгезионные свойства (прилипчивость) покрытия могут быстро отключаться под действием ультрафиолета. Ученые планируют использовать материал в разработке робота, управляемого светом. Исследование опубликовано в журнале Science Robotics, кратко о нем сообщает Chemistry World.

Гекконы известны своей способностью перемещаться по гладким отвесным стеклянным поверхностям. Это возможно благодаря необычной микроструктуре поверхности их лапок. Она обладает иерархическим строением: покрыта выступами, на которых находятся волоски, разветвляющиеся на конце и оканчивающиеся небольшими лопатообразными поверхностями. Такая поверхность позволяет эффективно цепляться за любую микроскопическую неровность материала. По некоторым предположениям, большой вклад в «прилипание» геккона к вертикальным поверхностям вносят ван-дер-ваальсовы взаимодействия — действующие на коротких расстояниях взаимодействия между атомами, заставляющие их притягиваться друг к другу. 

Такие свойства позволяют создавать роботов, способных двигаться по вертикальным поверхностям и потолку. К примеру, прототип такого робота был продемонстрирован в 2015 году исследователями из Кильского университета. Более того, уже созданы перчатки и ботинки, позволяющие перемещаться по вертикальным поверхностям за счет эффекта суперадгезии. Одна из проблем, которые решают материаловеды — открепление суперадгезионного покрытия от стены. Для этого химики уже предлагали добавлять в материал дополнительный слой, изменяющий свою форму под действием света. Однако это довольно медленный процесс.

Авторы новой работы добились времени «отключения» суперадгезии под действием ультрафиолета порядка нескольких секунд. Предложенный химиками материал был устроен следующим образом. Внешний слой — адгезионное покрытие из полидиметилсилоксана (силикона), на поверхности которого находится много микроразмерных выступов, напоминающих колонны со шляпками сверху. Следующий слой — фоточувствительный, содержащий в себе производные азобензола. Это вещество под действием ультрафиолета меняет свою структуру, изгибая один структурный фрагмент. В материале это приводит к расширению слоя. Третий слой — силиконовый. 

В эксперименте материал прикрепляли к стеклянной пластинке и затем отключали адгезионные свойства. Под действием ультрафиолета плоский слой адгезионного материала начинал изгибаться. По оценкам авторов, деформация почти в три раза ослабляла адгезию между материалом и пластинкой. В результате пластинка отсоединялась. Помимо плоских объектов, химики продемонстрировали захват и транспортировку стеклянного шарика и пробирки Эппендорфа.

Ранее мы сообщали о том, что команда небольших роботов, использующих искусственные «лапки геккона», смогла сдвинуть с места автомобиль благодаря суперадгезии. А совсем недавно биологи из Кэмбриджского университета количественно опровергли возможность существования человека-паука — гекконы оказались самыми крупными организмами, способными ползать по вертикальным поверхностям. 

Владимир Королёв