Adhésif inspiré de la pieuvre permettant la préhension et le relâchement précis d'objets sous-marins

Université Virginia Tech, Blacksburg, VA

L'étudiant diplômé Chanhong Lee teste le suçoir inspiré de la pieuvre en laboratoire. (Image : Alex Parrish pour Virginia Tech)

Utiliser des mécanismes inspirés par la nature pour créer de nouvelles innovations technologiques est une signature d'une équipe de recherche de Virginia Tech. Le groupe dirigé par le professeur associé Michael Bartlett a créé un adhésif inspiré de la pieuvre, inspiré par la forme des ventouses de pieuvre, qui peut saisir rapidement et relâcher de manière contrôlée des objets sous-marins difficiles.

Avoir la capacité de saisir et relâcher ces objets sous-marins comme des rochers lourds, de petites coquilles, des perles molles et d'autres débris pourrait être un outil puissant pour le sauvetage sous-marin et même les opérations de sauvetage. Leurs résultats ont été publiés dans Advanced Science.

Ce travail a été réalisé avec des chercheurs de premier cycle Austin Via, Aldo Heredia et Daniel Adjei de Virginia Tech. L'assistant de recherche diplômé Chanhong Lee était premier auteur de l'article, rapportant une recherche soutenue par la National Science Foundation à travers le programme Designing Materials to Revolutionize and Engineer our Future.

« Je suis fasciné par la façon dont une pieuvre en un instant peut tenir quelque chose fermement, puis le relâcher instantanément. Elle fait cela sous l'eau, sur des objets qui sont rugueux, courbés et irréguliers — c'est un exploit », a déclaré Bartlett.

Pour surmonter ce défi de longue date, Bartlett et son équipe ont regardé la forme de la pieuvre. Plus spécifiquement, ils ont regardé la structure externe de la ventouse de la pieuvre, appelée l'infundibulum. Cela a inspiré les chercheurs à créer un adhésif qui utilise une tige élastique courbée avec une membrane active déformable qui change de forme pour l'adhérence multi-surface.

La tige courbée s'attache aux courbures à grande échelle tout en augmentant l'adaptabilité à la rugosité à petite échelle. Ces mécanismes travaillent en synergie pour améliorer l'adhérence à travers de multiples échelles de longueur.

Cela a résulté en des adhésifs inspirés de la pieuvre qui sont 1 000 fois plus forts quand ils sont activés comparé à l'état de relâchement facile. Important, ce commutateur se produit en une fraction de seconde, environ 30 millisecondes. Les adhésifs inspirés de la pieuvre atteignent maintenant une force d'attachement élevée sur des surfaces diverses, y compris des objets rugueux, courbés et irréguliers ainsi que dans différents fluides. Avec ce nouvel outil, un plongeur pourrait tenir un objet glissant sans appliquer de pression excessive, étant aussi capable de l'attraper rapidement avec une commutation rapide.

Parce que les ventouses de pieuvre sont faites de tissu vivant, elles se déforment, se dilatent et se contractent pour correspondre au travail qu'elles abordent. Cela donne à l'animal non seulement une préhension plus forte, mais aussi une polyvalence pour adapter sa prise alors qu'il trouve des objets lisses ou rugueux, angulaires ou plats.

Avec le nouvel adhésif inspiré de la pieuvre, les membres de l'équipe de recherche peuvent ramasser, tenir et relâcher une large gamme d'objets sous-marins difficiles, y compris des matériaux mous et rigides qui sont plats, rugueux et même courbés.

Cette capacité a été démontrée en construisant un cairn sous-marin, une pile soigneusement construite de rochers sous-marins. Ici, les rochers ont diverses tailles, formes et rugosités de surface et doivent être ramassés mais aussi précisément relâchés pour garder la structure équilibrée. En même temps, ils peuvent aussi saisir et relâcher des perles gélatineuses molles avec aisance.

« Ces types de manipulations sont effectués par une pieuvre alors qu'elle arrange des objets autour de son repaire », a dit Lee. « Cette démonstration met en évidence la capacité de l'adhésif inspiré de la pieuvre à manipuler précisément des objets sous-marins difficiles. »

Les matériaux montrent aussi une attache fiable sur de multiples cycles et sur une période prolongée. Dans une expérience, la force d'attache est restée constante sur 100 cycles. Dans un autre test, l'équipe a tenu un rocher rugueux et courbé pendant plus de sept jours sous l'eau, puis l'a relâché sur demande. Particulièrement dans les applications de sauvetage où tenir un objet sur une période prolongée, cela pourrait être critique.

Pour plus d'informations, contactez Margaret Ashburn à Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer JavaScript pour la visualiser..