Langsung ke konten utama

Perekat Berbasis Ikatan Untaian Tetesan Cairan Kumbang Daun

loading...
bisnis online
(KeSimpulan) Terinspirasi oleh kelekatan alami pada permukaan. Spesies kumbang daun yang lengket telah mengilhami peneliti mengembangkan perangkat yang menggunakan 'liquid bridges' untuk melampirkannya pada berbagai permukaan. Michael Vogel dan Paul Steen, biolog rekayasa dari Cornell University di Ithaca, New York, mengembangkan perangkat berdasarkan pada teknik yang digunakan oleh kumbang, yang menempel pada permukaan daun menggunakan gabungan ketegangan dari untaian tetesan untuk menghasilkan gaya adhesi lebih dari 100 kali berat badan sendiri.

Perangkat terdiri dari pelat dengan ratusan lubang kecil untuk dilalui oleh cair yang dipompa. Mendorong tetesan melalui lubang menciptakan 'jembatan cair' ketika pelat cukup dekat dengan permukaan lain, menghasilkan sebuah kekuatan perekat dengan gaya tegangan pada permukaan. Mereka melaporkan di jurnal Proceedings of the National Academy of Sciences USA.

"Ini adalah contoh yang akan hadir. Kita mungkin memiliki sesuatu (produk komersial, red) dalam lima tahun mendatang menggunakan jenis yang mengontrol permukaan kapiler," kata Steen.

Para peneliti sebelumnya telah mencoba untuk meniru mekanisme tokek yang berjalan di permukaan vertikal. Kaki gecko diperkirakan mengandalkan adhesi kering dengan menciptakan kelekatan nanofibres melalui Van der Waals. Ini berbeda dari taktik kumbang daun dengan adhesi basah, di mana kekuatan gabungan tegangan permukaan dengan beberapa untaian tetesan dapat menjadi sangat kuat.

Vogel dan Steen belajar dari kumbang daun Hemisphaerota cyanea berdasarkan penelitian oleh biolog serangga Thomas Eisner. Pada tahun 2000, Eisner dan rekannya Daniel Aneshansley, juga dari Cornell, melaporkan bahwa kumbang ini dapat menahan dan menarik kekuatan sekitar 60 kali lebih dari berat tubuhnya sendiri selama 2 menit, bahkan bisa menahan kekuatan jauh lebih kuat untuk periode yang lebih singkat.

Tidak ada bagian yang bergerak pada perangkat Vogel dan Steen. Tidak hanya terdiri dari tiga pelat itu sendiri. Pelat dasar bertindak sebagai reservoir untuk fluida yang digunakan untuk menciptakan jembatan cair, di bawah pelat yang berpori di atasnya dihiasi dengan banyak lubang kecil yang menonjol untuk tetesan, diapit oleh pelat ketiga. Tim mulanya menggunakan air, tetapi mereka menemukan bahwa lubang-lubang di perangkat yang sangat kecil di mana air terlalu cepat menguap, maka sebagai gantinya digunakan minyak.

Para peneliti mendorong cairan melalui pelat hanya dalam sepersekian detik dengan menerapkan suatu pulsa tegangan rendah yang menggerakkan sebuah proses yang dikenal sebagai 'electro-osmotic flow'.

Untuk mengurutkan cairan melalui lubang-lubang di pelat berpori, bentuk butiran halus 'liquid bridges' pada pelat yang ketiga, dilakukan pada jarak tertentu dari reservoir dengan menggunakan spacer. Bila terbalik, perangkat dapat memegang pelat dan ketiga muatan kecil yang melekat padanya. Setiap tetesan individual menempel pada permukaan dengan kekuatan kecil, tapi kekuatan muncul dari gabungan ratusan tetesan sehingga memungkinkan perangkat menjadi kaku. Kedua wilayah stabil, tegangan yang diberikan hanya digunakan untuk beralih di antara mereka.

Vogel dan Steen menunjukkan bahwa kekuatan perangkat yang melekat pada permukaan adalah berbanding terbalik dengan ukuran tetesan cairan. "Tantangan rekayasa yang sebenarnya adalah skala pada lubang-lubang ke bawah," kata Steen. Ada alasan mengapa lubang tidak dapat diperkecil menjadi sekitar 0,1 mikrometer (μm).

Dalam bentuk yang sekarang, lubang-lubang di perangkat ini dengan diameter sekitar 150μm dan dapat menahan berat sekitar 10 gram per sentimeter persegi. Mengurangi lubang di 0,1μm memungkinkan hingga 13 kilogram untuk menahan dari perangkat berukuran 1 sentimeter persegi.

"Saya sangat terkesan. Sedangkan perekat hewan memiliki banyak fitur yang benar-benar menarik dan dapat dikembangkan, sampai saat ini hasilnya sedikit mengecewakan. Tapi perangkat Vogel dan Steen sangat menjanjikan", kata Jon Barnes, biologi yang bekerja pada bio-teknologi adhesi di University of Glasgow, Inggris.

Caption: (A) Beetle withstanding a 2-g pull; brush strokes are causing the beetle to adhere with its tarsi. (B) Ventral view of beetle, showing yellow tarsi. (C) Tarsus (numbers refer to tarsomeres). (D) Tarsus in contact with glass (polarized epi-illumination). (E) Same as preceding, in nonpolarized light; contact points of the bristles are seen to be wet. (F) Bristle pads, in contact with glass. (G) Droplets left on glass as part of a tarsal “footprint.” (PNAS)

Vogel, M. J. & Steen, P. H. Proc. Natl Acad. Sci. USA doi:10.1073/pnas.0914720107 (2010). | Eisner, T. & Aneshansley, D. J. Proc. Natl Acad. Sci. USA 97, 6568-6573 (2000).
bisnis online
Ikuti sains dan teknologi terkini di: Laporan Penelitian. Update via: Google+ Twitter Facebook Pinterest YouTube
Kesimpulan.com menerima konten tentang teknologi, sains, lingkungan dan bisnis dari siapa saja. Kami siap untuk publikasi dan press release. Informasi lanjut kunjungi laman ini.

Komentar