Roboterzunge leckt Gecko Gripper Clean

Vor etwa zehn Jahren gab es in der Robotikwelt große Aufregung um von Geckos inspirierte Richtungsklebstoffe, bei denen es sich um Materialien handelt, die haften, ohne zu kleben, und dabei die gleichen Van-der-Waals-Kräfte nutzen, die es Geckos ermöglichen, auf vertikalen Fenstern herumzutollen. Sie wurden häufig in verschiedenen Arten von Kletterrobotern verwendet, von denen einige sehr hübsch waren. Gecko-Klebstoffe eignen sich besonders gut für die Haftung an sehr glatten Objekten, bei denen die einzige andere Möglichkeit möglicherweise das Staubsaugen ist, was allerlei zusätzliche Infrastruktur erfordert, um zu funktionieren.

Aus mehreren Gründen haben wir in letzter Zeit nicht so viele Gecko-Klebstoffe gesehen. Erstens ist die Fähigkeit, nur auf glatten Oberflächen zu haften (wofür Gecko-Klebstoffe am besten geeignet sind), für mobile Roboter eine gewisse Einschränkung. Und zweitens ist die Kluft zwischen Forschung und nützlichen Anwendungen groß, tief und voller Krokodile. Ich spreche von der frechen Art von Krokodil, nicht von der kuscheligen Art. Aber Flexiv Robotics hat Gecko-Klebstoffe für das Robotergreifen in einer kommerziellen Umgebung praktisch gemacht, unter anderem durch eine Art Roboterzunge, die das Gecko-Klebeband sauber leckt.

Wenn Sie hineinzoomen, Weg Am Fuß eines Geckos sehen Sie, dass jeder Zeh mit Millionen haarähnlicher Nanostrukturen, sogenannten Borsten, bedeckt ist. Jede Borste verzweigt sich an ihrem Ende in Hunderte zusätzlicher Haare mit flachen Stücken am Ende, die als Spatel bezeichnet werden. Das Ergebnis dieser komplexen Anordnung von Borsten und Spateln ist, dass die Zehen des Geckos eine lächerliche Oberfläche haben, was bedeutet, dass sie die extrem schwachen Van-der-Waals-Kräfte zwischen Molekülen ausnutzen können, um an perfekt ebenen Oberflächen zu haften und diese zu glätten. Diese Technik funktioniert außergewöhnlich gut: Geckos können mit einer einzigen Zehe an Glas aufgehängt werden, und ein vollständig befestigter Gecko kann etwa 140 Kilogramm tragen (was leider eher eine Extrapolation als ein experimentelles Ergebnis zu sein scheint). Und zum Glück für den Gecko sorgt die Struktur der Spatel dafür, dass der Griff gerichtet ist, sodass sie sich, wenn seine Zehen nicht mehr belastet werden, leicht von dem lösen lassen, woran sie befestigt sind.

Natürliche Gecko-Klebestruktur, begleitet von einem synthetischen Kleber (f).Gecko Adhesion: Scalable Nanotechnology, von Kellar Autumn und Nick Gravish

Da Geckos nicht in dem Sinne an Dingen „haften“, wie wir es normalerweise als „klebrig“ verwenden, lässt sich die Fähigkeit von Geckos besser beschreiben, indem man von „trockener Haftung“ spricht, im Gegensatz zu etwas, bei dem es sich um etwas handelt aus Leim. Man kann sich die Zehen des Geckos auch einfach so vorstellen, dass sie eine sehr, sehr hohe Reibung aufweisen, und diese Perspektive ist im Zusammenhang mit Roboterzangen besonders interessant.

Dies ist der „Grav Enhanced“-Greifer von Flexiv, der eine Kombination aus Kneifen und Gecko-Klebstoff mit hoher Reibung verwendet, um schwere, empfindliche Gegenstände anzuheben, ohne sie zusammendrücken zu müssen. Wenn Sie an ein herkömmliches Robotergreifsystem denken, das versucht, etwas wie einen Wasserballon anzuheben, müssen Sie diesen Ballon zusammendrücken, bis die Reibung zwischen der Greiferseite und der Ballonseite das Gewicht des Ballons selbst übersteigt. Je höher die Reibung, desto geringer ist der erforderliche Druck. Ein Wasserballon mag zwar ein Extrembeispiel sein, aber die Maximierung der Zangenreibung kann beim Umgang mit zerbrechlichen oder verformbaren Gegenständen einen großen Unterschied machen.

Trockener Klebstoff bringt jedoch einige Probleme mit sich. Die winzigen Strukturen, die die Haftung des Klebers ermöglichen, können anfällig für Beschädigungen sein, und die Tatsache, dass trockener Kleber an fast allem haftet, mit dem er in Kontakt kommt, führt dazu, dass sich draußen in einer sorgfältig kontrollierten Umgebung schnell Schmutz ansammelt. In Forschungskontexten sind diese Themen nicht so wichtig, aber für ein kommerzielles System kann es nicht etwas geben, das ständige Aufmerksamkeit erfordert.

Flexiv behauptet, dass das Mikrostrukturmaterial, aus dem der Gecko-Kleber besteht, in der Lage war, 2 Millionen Griffzyklen ohne sichtbare Leistungseinbußen standzuhalten, was darauf hindeutet, dass das Produkt weiterhin haften sollte, solange Sie es innerhalb der Toleranzen verwenden, für die es entwickelt wurde . Dinge auf unbestimmte Zeit, obwohl der Versuch, zu viel Gewicht zu heben, die Mikrostrukturen zerreißt und die Klebeeigenschaften bereits nach wenigen Zyklen beeinträchtigt. Und um zu verhindern, dass der Kleber durch Schmutz verstopft wird, hat Flexiv diese raffinierte kleine Reinigungsstation entwickelt, die wie eine Art kleine Roboterzunge funktioniert:

Interessanterweise scheinen Geckos selbst nicht ihre eigene Zunge zum Reinigen ihrer Zehen zu verwenden. Sie lecken sich regelmäßig die Augäpfel, wie es alle normalen Menschen tun, aber die Zehen von Geckos scheinen sich selbst zu reinigen, was ein ziemlich interessanter Trick ist. Es ist sicherlich möglich, einen selbstreinigenden synthetischen Gecko-Klebstoff herzustellen, aber Flexiv sagt uns, dass „aufgrund technischer und praktischer Einschränkungen die Nachbildung dieses Prozesses in unserem eigenen Gecko-Klebstoffmaterial nicht möglich ist.“ Im Wesentlichen reproduzieren wir die Mikrostruktur der Fußballen eines Geckos, nicht jedoch dessen Selbstreinigungsprozess. Es kommt wahrscheinlich auf die ganze Frage an, was in einem Forschungskontext und was in einem kommerziellen Kontext funktioniert, und Flexiv benötigt seinen Gecko-Klebstoff, um all diese Millionen Zyklen zu bewältigen.

Flexiv sagt, es habe den Bedarf an einem solchen System erkannt, als einer seiner Kunden begann, den Greifer für die sehr schmutzige Aufgabe der Sortierung von Recyclingabfällen zu verwenden, und die Lösung wurde von einer Fusselrolle inspiriert. Und ich muss sagen, dass ich die Einfachheit des von Flexiv angebotenen Systems schätze, um das Problem direkt und effizient zu lösen. Vielleicht gelingt es eines Tages, die natürlichen selbstreinigenden Zehen eines echten Geckos mit einem langlebigen und erschwinglichen künstlichen Trockenkleber nachzubilden, aber in der Zwischenzeit wird eine künstliche Zunge den Zweck erfüllen.