L'adesivo riutilizzabile potrebbe consentire alle persone di "arrampicarsi sui muri come Spider-Man" / Reusable adhesive could let people ‘climb walls like Spider-Man’

L'adesivo riutilizzabile potrebbe consentire alle persone di "arrampicarsi sui muri come Spider-Man" / Reusable adhesive could let people ‘climb walls like Spider-Man’

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Il gruppo NTU ha progettato polimeri a memoria di forma, ovvero materiali intelligenti in grado di "ricordare" le loro forme precedenti, sotto forma di fibrille simili a capelli che, durante i test, hanno scoperto fornire la massima forza adesiva /  The NTU team designed shape-memory polymers, which are smart materials that can ‘remember’ their previous forms, in the form of hair-like fibrils which they found in their testing to provide maximum adhesive strength

Gli esseri umani potrebbero essere dotati della capacità di arrampicata di Spider-Man in seguito allo sviluppo di un adesivo riutilizzabile derivato da polimeri a memoria di forma.

Questa è l'affermazione di un gruppo di scienziati della Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore), che hanno affermato che l'adesivo riutilizzabile è oltre dieci volte più forte della presa adesiva della zampa di un geco e potrebbe portare ad una supercolla riutilizzabile ed a pinze in grado di sostenere carichi pesanti. pesi su superfici ruvide e lisce.

Guidato dal professor K Jimmy Hsia, il gruppo di ricerca della NTU ha trovato un modo per massimizzare l'adesione degli adesivi intelligenti utilizzando polimeri a memoria di forma, che si attaccano e si staccano facilmente quando viene applicato il calore. I risultati del team sono dettagliati nella National Science Review.

In una dichiarazione, il professor Hsia ha affermato: “Questa ricerca si basa su una comprensione fondamentale dei meccanismi delle forze di adesione sulle superfici ruvide. Può aiutarci a sviluppare adesivi molto resistenti, ma facilmente staccabili, adattabili a superfici ruvide. La tecnologia sarà molto utile nelle pinze adesive e nei robot arrampicatori ed un giorno potrebbe consentire agli esseri umani di arrampicarsi sui muri come un vero Spider-Man”.

I polimeri a memoria di forma ritornano alla loro forma originale dopo essere stati deformati applicando stimoli esterni come calore, luce o corrente elettrica. Secondo NTU Singapore, queste proprietà li rendono ideali per essere utilizzati come adesivi intercambiabili in grado di adattarsi a varie superfici.

Nei loro test, i ricercatori hanno utilizzato la resina epossidica E44, una plastica rigida e simile al vetro a temperatura ambiente. Dopo il riscaldamento, il materiale si trasforma in uno stato morbido simile alla gomma che può conformarsi e bloccarsi su angoli e fessure microscopiche. Quando si raffredda, diventa vetroso, creando legami adesivi extra forti grazie ad un effetto di bloccaggio della forma.

Quando il materiale viene riscaldato, ritorna allo stato gommoso e può essere staccato dalla superficie a cui era attaccato.
I ricercatori hanno scoperto che l’adesione più efficace derivava dalla progettazione del polimero a memoria di forma in una serie di fibrille simili a capelli con un raggio compreso tra 0,5 mm e 3 mm.

Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno scoperto che una fibrilla con una sezione trasversale di 19,6 mm2 potrebbe sostenere carichi fino a 1,56 kg. Ogni fibrilla aggiuntiva consente di supportare un peso maggiore; una serie di 37 fibrille del peso di circa 30 g, grande quanto un palmo di un palmo, può sostenere 60 kg.

Il primo autore dell'articolo, il dottor Linghu Changhong, ricercatore della NTU, ha dichiarato: “Il nostro adesivo intelligente esemplifica come i polimeri a memoria di forma possano mantenere e persino migliorare l'adesione all'aumentare della ruvidità della superficie. Ciò supera il "paradosso dell'adesione", su cui gli scienziati si sono interrogati, in cui si verifica una diminuzione della forza di adesione su superfici ruvide nonostante abbiano una maggiore area superficiale su cui le molecole possono aderire. I nostri test hanno dimostrato che la forza di adesione del polimero aumenta insieme alla ruvidità della superficie quando è allo stato solido e diminuisce quando si trova allo stato gommoso”.

Per staccare il polimero a memoria di forma mentre è attaccato a una superficie allo stato di vetro, è necessario meno di un minuto di riscaldamento utilizzando un asciugacapelli per portare la temperatura fino a 60°C. Per l'applicazione sono necessari circa tre minuti affinché il materiale si raffreddi completamente e si incastri.

La temperatura alla quale il polimero cambia stato può essere controllata regolando i rapporti dei componenti utilizzati per formare il polimero. Ciò consente al polimero di essere utilizzato in ambienti estremi, come le condizioni climatiche calde. Durante i test, i ricercatori hanno impostato la temperatura alla quale il polimero si stacca a 60°C.

ENGLISH

Humans could be imbued with the climbing ability of Spider-Man following the development of a reusable adhesive derived from shape-memory polymers.

This is the claim of a team of scientists at Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore), who said the reusable adhesive is over ten times stronger than the adhesive grip of a gecko’s foot and could lead to reusable superglue and grippers capable of holding heavy weights across rough and smooth surfaces.

Led by Professor K Jimmy Hsia, the NTU research team found a way to maximise the adhesion of the smart adhesives by using shape-memory polymers, which stick and detach easily when heat is applied to them. The team’s findings are detailed in National Science Review.

In a statement, Professor Hsia said: “This research is based on a fundamental understanding of the mechanisms of adhesion forces on rough surfaces. It can help us develop very strong, yet easily detachable, adhesives adaptable to rough surfaces. The technology will be very useful in adhesive grippers and climbing robots and might one day let humans climb walls like a real-life Spider-Man.”

Shape-memory polymers return to their original shape after they have been deformed by applying external stimuli such as heat, light or electrical current. According to NTU Singapore, these properties make them ideal to be used as switchable adhesives that can adapt to various surfaces.

In their testing, the researchers used E44 epoxy, a stiff and glass-like plastic at room temperature. Upon heating, the material turns into a soft rubber-like state that can conform and lock onto microscopic nooks and crevices. As it cools, it becomes glassy, creating extra-strong adhesive bonds due to a shape-locking effect.

When the material is reheated, it reverts to its rubbery state so it can be detached from the surface it was clinging to.
The researchers found that the most effective adhesion came from designing the shape-memory polymer into an array of hair-like fibrils between 0.5mm and 3mm in radius.

In their experiments, the researchers found that one fibril with a 19.6 mm2 cross-section could support loads up to 1.56kg. Every additional fibril allows for more weight to be supported; a palm-sized array of 37 fibrils weighing about 30g can hold 60kg.

The paper’s first author, NTU Research Fellow Dr Linghu Changhong, said: “Our smart adhesive exemplifies how shape-memory polymers can maintain and even enhance adhesion as surface roughness increases. This overcomes the ‘adhesion paradox’, which scientists have been puzzling over, where there is a decrease in adhesion strength on rough surfaces despite having more surface area for molecules to adhere to. Our tests showed that adhesion strength of the polymer increases along with surface roughness when in a solid state and decreases when in the rubbery state.”

Detaching the shape-memory polymer while it is attached to a surface in a glass state takes less than a minute of heating using a hair dryer to bring temperatures up to 60°C. For attachment, it takes about three minutes for the material to cool down thoroughly and lock into place.

The temperature at which the polymer changes states can be controlled by adjusting the ratios of the components used to form the polymer. This allows the polymer to be used in extreme environments, such as hot weather conditions. In their testing, the researchers set the temperature at which the polymer detaches to 60°C.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/reusable-adhesive-could-let-people-climb-walls-like-spider-man