Лапы геккона вдохновили ученых на создание не скользящих на льду полимеров

Изображение: (cc) Бьёрн Кристиан Тёрриссен
Лапка геккона, ползущего по стеклянной стене
Лапка геккона, ползущего по стеклянной стене

Решение проблемы травм от скольжения и падений нашла, обратившись к лапам гекконов, международная группа ученых, 30 января сообщает отдел новостей Американского химического общества (ACS).

Подушечки лап гекконов, обладающие особыми гидрофильными механизмами, позволяют этим маленьким ящерицам свободно передвигаться по гладким, влажным и скользким поверхностям.

Команда исследователей из Португалии, Индии и Австралии сообщила об использовании ими силиконовой резины, обогащенной наночастицами диоксида циркония, для создания полимера, стойкого к скольжению, как лапы геккона. Они заявляют, что этот материал, который прилипает ко льду, может быть использован в подошвах обуви для снижения травматизма у пешеходов.

По данным Всемирной организации здравоохранения, в год падения приводят к травмам у более 38 миллионов человек, а 684 000 человек от них гибнут. И почти половина этих инцидентов происходит на льду.

Современные противоскользящие подошвы обуви изготавливаются из таких материалов, как натуральный каучук, который отталкивает слой воды, образующийся на асфальте в дождливый день. Однако на замерзших дорожках движение в обуви с подошвами из этих материалов может привести к таянию льда из-за давления веса владельца, которое создает более скользкую поверхность.

Исследования лап геккона привели ученых к новым идеям по разработке более эффективных противоскользящих полимеров. В ходе этих исследований было установлено, что липкость подушечек лап гекконов обусловлена усиленной капиллярной адгезией: сила втягивания воды в узкие канавки на подушечке создает всасывание, которое помогает ящерице передвигаться по скользким поверхностям.

Команда исследователей занялась разработкой полимера с капиллярно-улучшенной адгезией, подошвы из которого не дадут поскользнуться на мокром или обледенелом тротуаре. Исследователи взяли за основу полимер из силиконового каучука и добавили в него наночастицы диоксида циркония, чтобы материал притягивал молекулы воды.

После того как они раскатали этот композитный материал в тонкую пленку, они упрочнили его нагреванием и выгравировали лазером рифленый рисунок на поверхности этой пленки, который обнажил гидрофильные наночастицы диоксида циркония.

Когда пленка касалась молекул воды на поверхности льда, она прилипала к его скользкой поверхности, потому что полимер имитировал действие капилляров на устойчивых к скольжению подушечках лап геккона.

Ученые протестировали пять вариантов нанокомпозитного материала с рисунком, которые отличались соотношением наночастиц диоксида циркония по массе: 1%, 3%, 5%, 7%, и 9% соответственно. Используя инфракрасную спектроскопию и имитационные испытания на трение, исследователи обнаружили, что наиболее устойчивые к скольжению нанокомпозиты содержат 3% и 5% наночастиц диоксида циркония по массе.

По словам членов команды, в дополнение к противоскользящей подошве, созданной по подсказке природы, эта технология может быть использована в медицинских инновациях, таких как электронная кожа и искусственная кожа, где полимеры должны взаимодействовать со слоем жидкости между двумя различными поверхностями.

Результаты исследования ученые представили в статье «Усиленная капиллярами биомиметическая адгезия к обледенелым поверхностям для создания высокоэффективных противоскользящих подошв обуви», опубликованной в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.