venerdì, 18 Settembre, 2020

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Geckskin: l’adesivo senza colla che può trattenere centinaia di chili

Il Geckskin è l’adesivo senza colla che replica la super capacità di aderenza delle zampe di geco. Come la ricerca aerospaziale potrebbe sfruttare a suo vantaggio queste caratteristiche?

A cura di Luisa Di Monaco

Mentre la tecnologia tradizionale del nastro adesivo punta a massimizzare la forza di adesione sviluppando sostanze chimiche sempre più aggressive e appiccicose, il Geckskin rappresenta un approccio nuovo e rivoluzionario: niente colla, non lascia residui una volta rimosso e ha tossicità zero.

Ma non finisce qui, perché il Geckskin risulta anche facile da applicare, riutilizzabile fino a 100 volte senza perdita di prestazioni e potente. Infatti, sappiamo dalle sperimentazioni che 16 pollici quadrati di materiale, circa 40 cm quadrati, possono trattenere una massa di 700 libbre, circa 300 kg, su una superficie liscia, per esempio il vetro. Inoltre, i materiali da cui è prodotto il Geckskin sono di facile reperibilità ed economici.

Come la ricerca aerospaziale potrebbe sfruttare a suo vantaggio queste caratteristiche? Ma, prima di chiedercelo, un’altra domanda: è possibile coniugare tutte queste qualità in un’unica tecnologia?

Biomimesi, la natura come fonte di ispirazione

Biomimesi è la scienza che studia i processi biologici e biomeccanici naturali allo scopo di applicare alle tecnologie industriali le stesse strategie di sviluppo e adattamento degli esseri viventi, perfezionate, nel corso della storia dell’evoluzione, dai meccanismi della selezione naturale e della sopravvivenza del più adatto.

Dopo numerose innovazioni in campo energetico e fotovoltaico, la ricerca sulle superfici autopulenti ispirata alle foglie di loto ed il successo del velcro, ispirato ai fiori di bardana, il Geckskin, l’adesivo senza colla che replica la super capacità di aderenza delle zampe di geco, è una delle nuove frontiere nel campo della biomimesi.

Inventata nel 2012 presso l’Università del Massachusetts Amhrest e in continuo sviluppo, la tecnologia Geckskin è oggi commercializzata dalla società statunitense Felsuma, che ne possiede la licenza esclusiva mondiale. Dietro a questa invenzione, c’è il “Geck Team”, che include due gruppi di ricerca dell’Università di Ahmrest: quello di Duncan Irschick (biologia) e quello di Alfred Crosby (scienza e ingegneria dei polimeri).

Il fascino del geco è quello di essere l’animale più grande in grado di arrampicarsi su una superficie liscia. Questa capacità è legata al meccanismo con cui i milioni di minuscole setae, presenti sulle sue zampe, sfruttano le forze di Van der Waals. L’intuizione del Geck Team è stata quella di capire che riprodurre il comportamento delle sole setae non basta. Così è nato il Geckskin, un adesivo integrato con un tampone polimerico morbido (poliuretano o polidimetilsilossano), che si ispira alle setae del geco, intrecciato in un tessuto rigido (fibra di carbonio o kevlar).

Il successo e il futuro di questo adesivo sono un esempio di come l’approccio multidisciplinare ed il lavoro in team, con la condivisione di conoscenze e competenze, possano fare la differenza nel mondo dell’ingegneria e dell’industria di oggi.

Geckskin adesivo senza colla
Setae, ingrandimento su zampa di geco
Credits: https://geckskin.umass.edu

La matematica dietro al Geckskin

La capacità adesiva di un’interfaccia è governata dalla relazione:

$$\begin{equation} \ F_C\sim G_C\sqrt{A/C} \end{equation}$$

dove:

  • Fc è la forza critica, ovvero la forza massima che l’adesivo può reggere e al raggiungimento della quale si ha la perdita delle capacità adesive e il distacco;
  •  Gc è la costante di Van der Waals;
  •  A è l’area di contatto (funzione della geometria);
  •  C è la flessibilità (funzione del materiale).

La tecnologia Geckskin regola la forza adesiva tramite il rapporto A/C e e lo massimizza per migliorare le capacità adesive. Per aumentare l’area di contatto è necessario un materiale morbido, in grado di adattarsi alla superficie su cui viene posto. Al contrario, per minimizzare la flessibilità serve un materiale rigido, quindi né con materiali morbidi, né con materiali rigidi è possibile produrre una forza adesiva interessante.

Il Geckskin, invece, ha successo perché il tampone morbido massimizza la superficie di contatto e, allo stesso tempo, la fibra fornisce rigidezza. Questo tessuto adesivo integrato si inserisce poi su un tendine sintetico che permette di scegliere la direzione di carico dell’adesivo. La forza sviluppata risulta fortemente direzionale che, con una semplice torsione del tessuto, si riduce permettendo il distacco dell’adesivo quando lo si desidera.

Geckskin adesivo senza colla
Rotolo di striscia sigillante adesiva in Geckskin

Il Geckskin nella ricerca spaziale

Il marchio Geckskin non è ad oggi certificato per uso spaziale ma la tecnologia dell’adesione a secco ha prestazioni particolarmente adatte per questo settore. Per esempio, questa tecnologia, montata su bracci robotici, potrebbe essere sfruttata per la cattura dei detriti spaziali. Altri tipi di adesivi, come quelli che utilizzano collanti fluidi o quelli basati sull’aspirazione, non funzionano nel vuoto.

Infine, gli adesivi geco ispirati, a differenza di altre tecnologie (come il velcro), necessitano della parte adesiva su un solo lato, adattandosi perfettamente alla cattura di un oggetto non cooperativo

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