به دنبال تحقق رویای مرد عنکبوتی

در بسیاری از موارد طبیعت بوده که الهام‌بخش اصلی دانشمندان به شمار می‌آمده است؟ آیا شما نیز از چنین رویه‌ای پیروی کرده‌اید؟

بله. طبیعت نکات جذابی را به ما نشان می‌دهد و می‌توان با الهام گرفتن از قواعد موجود در آن زندگی را ساده‌تر و جذاب‌تر کرد. در اینجا ما رفتار نوعی سوسک که موطن اصلی آن در فلوریداست را زیر نظر گرفته‌ایم تا ببینیم چگونه براحتی روی سطوح عمودی نیز حرکت می‌کند. نکته‌ای که برای ما بیش از سایر موارد جالب توجه بوده قدرت بالای سوسک در چسباندن خود به سطوحی همچون برگ‌هاست. این سوسک با نیرویی حدود 100 برابر وزنش می‌تواند خود را به سطح برگ چسبانده و در عین حال براحتی و در یک چشم به هم زدن نیز خود را از آن جدا سازد.

چشم‌انداز جالب توجهی است اما در عین حال سخت! ما در نظر داریم فناوری نوین خود را به مرحله‌ای برسانیم که در آن افراد بتوانند با پوشیدن کفش‌ها و دستکش‌های خود براحتی روی سطوح عمودی نظیر دیوارها حرکت کنند. در این سوسک مکانیسم چسبندگی سریعی دیده می‌شود. ما به دنبال آن هستیم که از آن در وسایلی همچون کفش‌ها و دستکش‌ها نیز استفاده کنیم. در این صورت این وسایل باید طوری ساخته شوند که در صورت نیاز به سرعت و با قدرت بالا به سطح چسبیده و در هر لحظه که مورد نظر کاربر باشد، به سرعت از سطح قابل جدا شدن باشد.

حرکت با آن روی سطوح یکی از اصلی‌ترین اهداف ماست با این حال در نظر داریم تا انتقال محموله‌ها را نیز روی این سطوح با استفاده از این فناوری نوین امکان‌پذیر کنیم. در صورتی که بتوانیم به چنین مرحله‌ای برسیم تحولی تازه در علوم نوین ایجاد کرده‌ایم.

این دستگاه متشکل از یک صفحه صاف و مسطح و مملو از حفره‌های ریزی است که قطر هر یک از آنها در حدود تنها
چند میکرون است. یک صفحه که به آن صفحه زیرین گفته می‌شود آب را در خود نگه می‌دارد. در قسمت میانی دستگاه نیز لایه منفذدار دیگری نیز قرار دارد. استفاده از میدان الکتریکی با استفاده از باتری‌های شناخته شده 9 ولتی موجب می‌شود تا مایع در سراسر دستگاه منتشر شده و از لایه فوقانی و در قالب قطره‌های ریز به بیرون منتشر شود. در اینجاست که کشش سطحی ایجاد شده از سوی قطرات موجب چسبیدن سطح لایه فوقانی دستگاه به هر سطحی می‌شود. این حالت دقیقا مشابه زمانی است که دو سطح شیشه‌ای مرطوب با شدت عجیبی به یکدیگر متصل می‌شوند.

دقیقا همین‌طور است. اگر به دور و بر خود با دقت نگاه کنیم شاهد آن خواهیم بود که نیروهای زیادی مشابه آنچه که گفته شد وجود دارند. این نیروها نسبتا ضعیف هستند اما اگر این امکان وجود داشته باشد که میزان آنها افزایش داده و در عین حال بتوانیم بر آنها اعمال کنترل نیز داشته باشیم اوضاع فرق می‌کند. ما می‌خواهیم به مرحله‌ای همچون مکانیسم کاری این سوسک برسیم، جایی که انبوهی از این نیروهای نسبتا ضعیف دست به دست هم داده و سوسک را روی سطوح عمودی و ناپایداری نظیر سطح برگ نگاه می‌دارند.

بله. یکی از این نمونه‌های پیش‌ساخته به مدلی باز می‌گردد که در آن تا یکهزار حفره به قطر 300 میکرون ایجاد شده است. این نمونه می‌تواند تا جرمی به وزن 30 گرم را تحمل کند که معادل وزن 70 گیره کاغذ است.

بله. ما آزمایشات مختلفی انجام دادیم و در این میان به یک سری تناسبات دست یافتیم که در طراحی و ساخت مدل‌های بزرگ‌تر آن هم با کارایی بیشتر ما را یاری می‌کنند. برآوردهای ما نشان می‌دهند هر چه تعداد این حفره‌ها بیشتر و در عین حال اندازه آنها کوچک‌تر باشد، شدت چسبندگی که به این ترتیب ایجاد می‌شود نیز افزایش پیدا می‌کند. یکی از جالب توجه‌ترین محاسبات ما نیز نشان داده است دستگاهی با سطح یک اینچ مربع می‌تواند تا حدود 8 کیلوگرم وزن را تحمل کند.

کار چندان مشکلی پیش روی نداریم. تنها کاری که باید انجام دهیم این است که جهت میدان الکتریکی را معکوس کنیم. در چنین حالتی خاصیت چسبندگی در همان لحظه از میان می‌رود. در چنین حالتی مایع یاد شده (آب) به درون حفره‌ها باز می‌گردد و ریز پل‌های کششی ایجاد شده میان سطح دستگاه و سطح مورد نظر از میان می‌رود.

یکی از بزرگ‌ترین مشکلاتی که البته در نهایت موفق به غلبه بر آن شدیم تمایل ذاتی نزدیک شدن و به هم پیوستگی قطرات آب مایع بوده است. در حقیقت می‌توان این مشکل را اصلی‌ترین چالش در فرآیند طراحی و ساخت این دستگاه عنوان کرد. برای این منظور بررسی‌های زیادی انجام دادیم و در نهایت پمپ مورد نظر را به گونه‌ای طراحی کردیم که در برابر این خاصیت مقاومت کند.

ما از هم اکنون طراحی و ساخت انبوهی از نمونه‌های بزرگتر این فناوری نوین را متصور هستیم. البته همه چیز به تکمیل نهایی بستگی دارد که بر روی مکانیسم پمپاژ در این دستگاه مربوط می‌شود. از سوی دیگر تقویت پیوندهای چسبنده در این دستگاه نیز یکی از برنامه‌های بعدی ماست. ما همچنین به دستگاه‌هایی با ابعاد کوچک همچون کارت‌های اعتباری فکر می‌کنیم که قدرت خیره‌کننده‌ای در حمل بارهای سنگین و حجیم دارند.

حمایت‌های خوب و راضی‌کننده بوده است. ما از سوی آژانس پروژه‌های پیشرفته تحقیقات دفاعی آمریکا موسوم به دارپا و همچنین بنیاد ملی علوم این کشور حمایت‌های مالی و تحقیقاتی دریافت کرده‌ایم.

منبع: Science Daily