Η τεχνολογία Web-slinging εμπνευσμένη από τον Spider-Man είναι πλέον πραγματικότητα χάρη στην καινοτόμο εργασία ερευνητών στο Πανεπιστήμιο Tufts.
Αυτή η αξιοσημείωτη εξέλιξη χρησιμοποιεί υλικά με βάση το μετάξι για να ρίξει ένα υγρό μέσα από μια λεπτή βελόνα, όπου στερεοποιείται αμέσως σε ένα ισχυρό, κολλώδες νήμα.
Πώς λειτουργεί το web-slinging
To νήμα είναι ικανό να προσκολλάται σε επιφάνειες και να ανυψώνει αντικείμενα με εκπληκτική αντοχή και ακρίβεια. Η τεχνολογία web-slinging περιλαμβάνει τη δημιουργία κολλωδών ινών που προέρχονται από κουκούλια μεταξιού σκόρου.
Τα κουκούλια, που βρίσκονται στο Silklab του Πανεπιστημίου Tufts, υποβάλλονται σε επεξεργασία σε διάλυμα μέχρι να διασπαστούν σε φιμπροΐνη- βασικό συστατικό του μεταξιού.
Μόλις εξωθηθεί μέσα από λεπτές βελόνες, το διάλυμα φιμπροΐνης μετασχηματίζεται σε συνεχές ρεύμα. Προσθέτοντας τα σωστά συστατικά, αυτό το ρεύμα μετατρέπεται σε ένα νήμα τη στιγμή που βγαίνει στον ανοιχτό αέρα. Το φυσικό θαύμα του μεταξιού.
Η φύση ήταν ανέκαθεν πρωταρχική πηγή έμπνευσης για τη δημιουργία και τη χρήση ινών μεταξιού. Αρκετά πλάσματα, από αράχνες και μυρμήγκια μέχρι πεταλούδες και σκαθάρια, παράγουν μετάξι σε κάποιο στάδιο του κύκλου ζωής τους.
Το Silklab στο Πανεπιστήμιο Tufts έχει εμπνευστεί από αυτό το φυσικό θαύμα, οδηγώντας σε μια σειρά από αξιοσημείωτες εξελίξεις. Οι ερευνητές δημιούργησαν ισχυρές κόλλες που λειτουργούν υποβρύχια, εκτυπώσιμους αισθητήρες, βρώσιμες επικαλύψεις για να αυξήσουν τη διάρκεια ζωής των προϊόντων και φιλικές προς το περιβάλλον μεθόδους κατασκευής μικροτσίπ.
Η έμπνευση που ήρθε απροσδόκητα
Παρά την πρόοδό τους με υλικά με βάση το μετάξι, οι ερευνητές αντιμετώπισαν προκλήσεις στην μίμηση των αραχνών, ελέγχοντας με ακρίβεια την ακαμψία, την ελαστικότητα και τις ιδιότητες κόλλας των κλωστών. Ωστόσο, μια αποκάλυψη ήρθε μέσα από ένα τρελό γεγονός.
«Εργαζόμουν σε ένα έργο κατασκευής εξαιρετικά ισχυρών συγκολλητικών χρησιμοποιώντας φιμπροΐνη μεταξιού και ενώ καθάριζα τα γυάλινα σκεύη μου με ακετόνη, παρατήρησα ένα υλικό σαν ιστό να σχηματίζεται στο κάτω μέρος του γυαλιού», είπε ο Marco Lo Presti, ερευνητικός βοηθός καθηγητής στο Tufts».
Αυτή η τυχαία ανακάλυψη διευκόλυνε την υπέρβαση πολλών μηχανικών εμποδίων στην αναπαραγωγή νημάτων αράχνης.
Οι ερευνητές συνειδητοποίησαν ότι τα διαλύματα φιμπροΐνης μεταξιού μπορούσαν να σχηματίσουν μία ημιστερεή υδρογέλη μέσα σε λίγες ώρες όταν εκτίθενται σε οργανικούς διαλύτες όπως η αιθανόλη ή η ακετόνη.
Το πείραμα για τον «ιστό Spider-Man»
Η προσθήκη της ντοπαμίνης, ενός στοιχείου που χρησιμοποιείται στην παραγωγή συγκολλητικών, επιτάχυνε σημαντικά τη διαδικασία στερεοποίησης, μετατρέποντας το υγρό διάλυμα σε ένα σταθερό υλικό σχεδόν ακαριαία.
Η χημική σύνθεση αυτού του νέου υλικού, που βασίζεται στη ντοπαμίνη και τα παράγωγά της, παρουσιάζει εντυπωσιακές ομοιότητες με τη φυσική κόλλα που χρησιμοποιούν τα μύδια για να προσκολλώνται σε διάφορες επιφάνειες.
Για να δημιουργήσουν ίνες από αυτό το υλικό, οι ερευνητές πρόσθεσαν ντοπαμίνη στο διάλυμα φιμπροΐνης και στη συνέχεια εξέθεσαν το μείγμα στον αέρα. Η ντοπαμίνη επιτάχυνε τη διαδικασία στερεοποίησης, καθώς απομάκρυνε το νερό από το διάλυμα.
Μόλις εκτοξευθεί μέσα από μια ομοαξονική βελόνα, ένα λεπτό ρεύμα του διαλύματος μεταξιού περιβάλλεται από ένα στρώμα ακετόνης, προκαλώντας την στερεοποίηση.
Η ακετόνη εξατμίζεται στον αέρα, αφήνοντας πίσω μια ίνα που προσκολλάται σε οποιοδήποτε αντικείμενο έρχεται σε επαφή. Οι ερευνητές ενίσχυσαν το διάλυμα φιμπροΐνης μεταξιού-ντοπαμίνης με χιτοσάνη, ένα παράγωγο εξωσκελετών εντόμων και βορικό ρυθμιστικό διάλυμα, το οποίο αύξησε σημαντικά την συγκολλητικότητα και την αντοχή των ινών.
Η συσκευή μπορεί να εκτοξεύει ίνες ικανές να σηκώνουν αντικείμενα πάνω από 80 φορές το βάρος τους και η διάμετρος των ινών μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με την οπή της βελόνας.
Οι ερευνητές το απέδειξαν σηκώνοντας με ακρίβεια διάφορα αντικείμενα, όπως ένα κουκούλι, ένα ατσάλινο μπουλόνι, έναν εργαστηριακό σωλήνα που επιπλέει στο νερό, ένα νυστέρι μερικώς θαμμένο στην άμμο και ένα ξύλινο μπλοκ – όλα από απόσταση περίπου 12 εκατοστών.
Η μελέτη δημοσιεύεται στο περιοδικό Advanced Functional Materials.
VIA: FoxReport.gr
