Le zampe di geco ispirano un nuovo polimero antiscivolo che si attacca al ghiaccio / Gecko Feet Inspire New Non-Slip Polymer That Sticks to Ice

Le zampe di geco ispirano un nuovo polimero antiscivolo che si attacca al ghiaccio / Gecko Feet Inspire New Non-Slip Polymer That Sticks to Ice

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

Un polimero antiscivolo ispirato ai gechi potrebbe essere incorporato nelle suole delle scarpe per impedire che le persone scivolino sul ghiaccio.

Una soluzione alle lesioni da scivolamenti e cadute potrebbe essere trovata sotto i piedi, letteralmente. I cuscinetti plantari dei gechi hanno meccanismi idrofili (che amano l'acqua) che consentono ai piccoli animali di muoversi facilmente su superfici umide e scivolose. I ricercatori di  ACS Applied Materials & Interfaces  riferiscono di aver utilizzato gomma siliconica potenziata con nanoparticelle di zirconia per creare un polimero antiscivolo ispirato ai gechi. Affermano che il materiale, che si attacca al ghiaccio, potrebbe essere incorporato nelle suole delle scarpe per ridurre le lesioni negli esseri umani.

Secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità, scivolamenti e cadute causano più di 38 milioni di infortuni e 684.000 decessi ogni anno. E quasi la metà di questi incidenti avviene sul ghiaccio. Le attuali suole antiscivolo si basano su materiali come la gomma naturale che respingono lo strato di acqua liquida che si deposita sul marciapiede in una giornata piovosa. Sui marciapiedi ghiacciati, tuttavia, le suole delle scarpe con questi materiali possono far sciogliere il ghiaccio a causa della pressione esercitata da chi le indossa, creando la superficie scivolosa da cui le scarpe dovrebbero proteggere.

Studi precedenti sulle zampe dei gechi hanno portato a nuove idee per sviluppare polimeri antiscivolo più efficaci. Tali lavori hanno scoperto che l'appiccicosità del loro cuscinetto plantare deriva dall'adesione capillare idrofila migliorata: la forza dell'acqua che viene aspirata in strette scanalature nel cuscinetto plantare crea un'aspirazione che aiuta la lucertola a muoversi su superfici scivolose. Vipin Richhariya, Ashis Tripathy, Md Julker Nine e colleghi hanno mirato a sviluppare un polimero con adesione capillare migliorata che funzioni su marciapiedi piovosi e superfici ghiacciate.

I ricercatori hanno iniziato con un polimero di gomma siliconica e hanno aggiunto nanoparticelle di zirconia per far sì che il materiale attraesse le molecole d'acqua. Dopo aver arrotolato il materiale composito in una pellicola sottile, l'hanno indurita con il calore e hanno inciso al laser un motivo scanalato sulla superficie della pellicola che ha esposto le nanoparticelle di zirconia idrofile. Quando la pellicola ha incontrato le molecole d'acqua in cima al ghiaccio, si è attaccata alla superficie scivolosa perché il polimero imitava l'azione capillare delle zampe antiscivolo dei gechi. Hanno testato cinque versioni del materiale nanocomposito modellato con diverse proporzioni di nanoparticelle di zirconia in peso: 1%, 3%, 5%, 7% e 9%. 

Utilizzando la spettroscopia infrarossa e test di attrito simulato, i ricercatori hanno scoperto che i nanocompositi più antiscivolo contenevano il 3% e il 5% di nanoparticelle di zirconia in peso. Oltre ad una suola antiscivolo ispirata alla natura, il gruppo afferma che questa tecnologia potrebbe essere utilizzata in innovazioni mediche, come la pelle elettronica e la pelle artificiale, in cui i polimeri interagiscono con uno strato di fluido tra due superfici diverse.

ENGLISH

A gecko-inspired slip-resistant polymer could be incorporated into shoe soles to prevent people slipping on ice.

A solution to injuries from slips and falls may be found underfoot — literally. The footpads of geckos have hydrophilic (water-loving) mechanisms that allow the little animals to easily move over moist, slick surfaces. Researchers in ACS Applied Materials & Interfaces report using silicone rubber enhanced with zirconia nanoparticles to create a gecko-inspired slip-resistant polymer. They say the material, which sticks to ice, could be incorporated into shoe soles to reduce injuries in humans.

Slips and falls account for more than 38 million injuries and 684,000 deaths every year, according to the World Health Organization. And nearly half of these incidents happen on ice. Current anti-slip shoe soles rely on materials such as natural rubber that repel the layer of liquid water that sits atop pavement on a rainy day. On frozen walkways, however, shoe soles with these materials can cause ice to melt because of pressure from the wearer, creating the slippery surface the shoes are supposed to protect against.

Previous studies of gecko feet have led to new ideas for developing more effective anti-slip polymers. Those works found that their footpad’s stickiness comes from hydrophilic capillary-enhanced adhesion: The force of water being drawn into narrow grooves in the footpad creates suction that helps the lizard navigate slippery surfaces. Vipin Richhariya, Ashis Tripathy, Md Julker Nine and colleagues aimed to develop a polymer with capillary-enhanced adhesion that works on rainy sidewalks and frozen surfaces.

The researchers started with silicone rubber polymer and added zirconia nanoparticles to make the material attract water molecules. After they rolled the composite material into a thin film, they hardened it with heat and laser-etched a grooved pattern onto the film’s surface that exposed the hydrophilic zirconia nanoparticles. When the film encountered water molecules atop ice, it stuck to the slippery surface because the polymer mimicked the capillary action of slip-resistant gecko footpads. They tested five versions of the patterned nanocomposite material with different proportions of zirconia nanoparticles by weight: 1%, 3%, 5%, 7%, and 9%. 

Using infrared spectroscopy and simulated friction tests, the researchers found that the most slip-resistant nanocomposites contained 3% and 5% zirconia nanoparticles by weight. In addition to a nature-inspired anti-slip shoe sole, the team says this technology could be used in medical innovations, such as electronic skin and artificial skin, where polymers interact with a layer of fluid between two different surfaces.

Da:

https://www.technologynetworks.com/applied-sciences/news/gecko-feet-inspire-new-non-slip-polymer-that-sticks-to-ice-395642