Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Инженеры из Массачусетского технологического университета научились создавать поверхности со складками управляемой формы.
Работа с описанием процесса их изготовления принята к публикации в журнале Advanced Materials, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте института.
Разработанная технология основана на использовании двуслойного материала. Нижний слой (основа), предварительно растягивается, и в таком виде на него под вакуумом напыляются частицы верхнего слоя. После этого эластичная основа вновь сжимается и на поверхности образуются складки.
Ключевым моментом при изготовлении материала является то, что сжатие основы происходит контролируемым образом - сначала в одном, а затем в другом направлении. Только в этом случае на поверхности образуется регулярный рисунок складок.
Основным достижением авторов является возможность точного контроля над формой складок - их размером, периодичностью, углом изгиба и так далее. Технология позволяет изготавливать большие поверхности со сложной микроструктурой без использования фотолитографии, печати или других сложных методов.
Так как структура поверхности влияет на ее физико-химические свойства, то разработанная методика может пригодиться для изготовления новых материалов. Они, в зависимости от химической природы напыления, могут иметь повышенные водоотталкивающие свойства, не бликовать или обладать необычной липкостью.
Ранее сотрудники этого же института, придавая особую микроструктуру поверхности обычного стекла смогли сделать его крайне пыле- и влаго- отталкивающим. Другая группа ученых показала, что контролируемые складки могут сделать работу солнечных батарей гораздо эффективнее.
Тем временем инженеры Сеульского национального университета создали чувствительный сенсор прикосновений, который способен различать давление, сдвиг и кручение. На это их вдохновили жуки, некоторые из которых имеют систему фиксации надкрыльев.
Она состоит из ворсинок, которые смыкаются друг с другом, когда надкрылья насекомых закрыты и находятся в покое. В какой-то степени система напоминает застежки-липучки с тем различием, что не имеет крючков - ворсинки соединяются друг с другом только за счет поверхностных Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий.
Подобным же образом устроен и датчик, созданный корейскими инженерами. Он состоит из двух полимерных пластин, несущих ворсинки, высота которых составляет около микрометра, а диаметр в десять раз меньше. На ворсинки напыляется металлическое покрытие, которое делает их поверхность проводящей.
Две пластины соединяются друг с другом ворсистыми сторонами лицом к лицу и присоединяются к датчику сопротивления. Ток может относительно свободно проходить с одной пластины на другую, а сопротивление зависит от общей площади соприкосновения между ворсинками. При малейшем изменении положения ворсинок сопротивление меняется, что и является основой работы датчика.
Созданный авторами прототип оказался способен фиксировать давление всего в 5 паскаль, что соответствует воздействию тела весом в 510 грамм на площадь в один квадратный метр. Уникальность сенсора заключается в том, что, анализируя изменение сопротивления, авторы научились различать разные способы механического воздействия: давление, сдвиг и кручение. Таким же свойством обладает и кожа животных, но искусственные сенсоры до сих пор были на это не способны.
Инженеры продемонстрировали способности прототипа, записав перемещение по нему божьей коровки и течение капли воды. Кроме того, при установке на запястье человека, детектор оказался способен определять пульс.
Ранее другая группа инженеров научила роботов различать поверхности, текстуру которых не может отличить даже человек. Разработка опиралась на обычные, коммерчески доступные сенсоры и касалась только оптимизации алгоритмов, при помощи которых роботы ощупывают материалы и анализируют полученные данные.