Una serpiente se mueve sin patas por las escamas en su vientre que agarra el suelo. Genera fricción en los puntos necesarios para moverse hacia adelante solamente y evita que sus escamas se desgasten por demasiada fricción. Los investigadores de KIT han encontrado una manera de transferiresta característica a los componentes de los sistemas móviles. De esta manera, la durabilidad de las prótesis de cadera, los discos duros de la computadora o los teléfonos inteligentes podrían mejorarse.
"La fricción y el desgaste son dos de los mayores desafíos en los sistemas de varios componentes individuales", dice Christian Greiner, del Instituto de Materiales Aplicados. Se encuentra una solución en la naturaleza: serpientes, como la pitón de bola, o lagartos, comoEl pez arena, utiliza la fricción para avanzar, pero puede reducirlo al mínimo gracias a sus escamas. Junto con Michael Schäfer, Greiner desarrolló un proceso para transferir la estructura de escamas de los reptiles a componentes de sistemas electromecánicos: con un láser de fibra,escamas fresadas en un perno de acero de 8 mm de diámetro.
Con la ayuda de dos estructuras diferentes, los investigadores de materiales probaron si la distancia de las escalas influye en el comportamiento de fricción. En la primera estructura, las escamas se superponen y se ubican muy cerca una de la otra, como las escamas en el vientre de unpitón bola. La segunda estructura consiste en escalas dispuestas en filas verticales a una distancia mayor, como la piel de un pez de arena. "La distancia entre las filas en nuestro experimento fue la menor distancia posible que pudimos producir con el láser. La estructura, por lo tanto, no se corresponde completamente con el del skink de peces de arena ", dice Greiner. Sin embargo, en el futuro, los investigadores planean producir estructuras que estén más cerca de la naturaleza original.
Cada escala tiene 5 µm de alto y tiene una dimensión lateral de 50 µm 10-6 metros. Esto corresponde aproximadamente al diámetro de un cabello. En la naturaleza, las escamas de una serpiente son de aproximadamente 300 a 600 nm 10-9 metros de tamaño. Las escamas de un pez de arena tienen un tamaño de 2 x 3 mm 10-3 metros. Por lo tanto, el tamaño de las escamas láser no se corresponde con el de las escamas de reptiles. Sin embargo, otro proyecto de laLos científicos del KIT revelaron que el cambio de tamaño no necesariamente conduce a que la estructura artificial sea menos efectiva que la natural: para simular las propiedades "adhesivas" y de autolimpieza de los pies de gecko, los investigadores utilizaron micropelos elásticos de hasta 100veces más grande que las de los animales, pero tenía el mismo poder adhesivo.
Para saber si las escamas reducen la fricción, Greiner y Schäfer fijaron la superficie estructurada de los pernos a una placa giratoria. Los experimentos se llevaron a cabo sin y con un lubricante 1 ml de aceite mineral. Para los experimentos con aceite como lubricante, los científicos utilizaron discos de acero. En condiciones de deslizamiento en seco, se aplicaron discos de zafiro. El diámetro del disco era de 50 mm.
Los experimentos en condiciones lubricadas revelaron que tanto las disposiciones estrechas como las anchas de las escalas aumentan la fricción en comparación con el perno no estructurado: en las escalas anchas, la fricción aumenta en un factor de 1.6. Las escalas estrechas aumentan la fricción en un factor de 3. Enel estado no lubricado, la estructura a gran escala redujo la fricción en más del 40 por ciento, mientras que la fricción se redujo en un 22 por ciento en el caso de una estructura a escala estrecha.
Los investigadores no esperaban que la estructura de escala estrecha aumentara la fricción tanto en condiciones lubricadas como no lubricadas: "Supusimos que la estructura estrecha es más efectiva, ya que está más cerca de la naturaleza", dice Greiner.logró excluir que la menor fricción fue causada por una modificación de la superficie debido al láser: "En y entre las escalas, el material era más blando que el material no tratado. Solo los bordes cortados por el láser eran más duros y no tenían contacto con eldisco giratorio. Por lo tanto, concluimos que las escalas reducen la fricción ", dice Greiner.
Ahora, los investigadores de materiales planean probar cómo cambia la fricción del perno cuando se varía el tamaño de las escamas o se usa material más duro.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Karlsruhe . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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