In diesem Abschnitt werden einige typische Beispiele gegeben, um das Design und den Herstellungsprozess von synthetischen Setae zu zeigen. [2] Following the discovery of the gecko’s adhesion mechanism in 2002, which is based on van der Waals forces, biomimetic adhesives have become the topic of a major research effort. The idea of synthetic setae- the microscopic “hairs” found at the bottom of gecko feet- originated from the observation of the mechanics and chemistry of geckos’ feet when they climbed. The RiSE platform was developed in Biomimetics and Dexterous Manipulation Laboratory, Stanford University. e Les soies synthétiques imitent les soies trouvées sur les orteils d'un gecko et la recherche scientifique dans ce domaine est orientée vers le développement d' adhésifs secs. A gecko’s foot has toepads consisting of about half a million setae made of keratin. Geckos have no difficulty mastering vertical walls and are apparently capable of adhering themselves to just about any surface. Photo-lithography has the benefit of being widely used, well understood and scalable up to very large areas cheaply and easily, which is not the case with some of the other methods used to fabricate prototype materials. [10] This table also gives us an insight into how scientists translate those good properties of gecko's setae(as shown in the first column) into the parameters they can actually control and design (as shown in the third column). Initially, the team used a silicon wafer as a substrate but found that the tape’s adhesive power increased by almost 1,000 times if they used a soft bonding substrate such as Scotch tape – This is because the flexible substrate yields a much higher ratio of the number of setae in contact with the surface over the total number of setae. Synthetic Gecko is not the first material to draw inspiration from the cold-blooded creatures. Presently, synthetic gecko setae possess some a dhe-sive abilities but the hairs adhere to each other owing to the . p When pulled parallel to a surface, the tape releases, not because the CNTs lose adhesion from the surface but because they break, and the tape cannot be reused in this case. d CNTs have much larger possible length-to-diameter ratio than polymers, and they exhibit both extraordinary strength and flexibility, as well as good electrical properties. Die kombinierte Wirkung von Millionen von Spateln sorgt für eine um ein Vielfaches größere Haftkraft, als der Gecko benötigt, um einen Fuß von der Decke zu hängen. (2000) Nature 405, 681–685. e There has been a wide range of application of synthetic setae, also known as "gecko tape", ranging from nanotechnology and military uses to health care and sport. They are not sticky or wet, and have no residue, yet can stick to almost any surface. /. The functional morphology of squamate fibrillar adhesive systems has been extensively investigated and has indirectly and directly influenced the design of synthetic counterparts. Sie verwenden auch das kontaktmechanische Modell, um darauf hinzuweisen, dass die Selbstreinigung durch ein energetisches Ungleichgewicht zwischen den Adhäsionskräften erfolgt, die ein Schmutzpartikel auf das Substrat ziehen, und denen, die dasselbe Partikel auf einen oder mehrere Spatel ziehen. The nanotubes were typically 10–20 nm in diameter and around 65m long.The group then encapsulated the vertically aligned nanotubes in PMMA polymer before exposing the top 25m of the tubes by etching away some of the polymer. An adhesive material that contains a plurality of setae that include a stalk and spatula extending therefrom is provided. For example, various animals, including frogs, insects and some mammals, stick to surfaces by capillary adhesion, taking advantage of the surface tension of a film of liquid. Während die meisten Entwicklungen die Trockenhaftung betreffen, untersuchte eine Gruppe von Forschern, wie Derivate natürlich vorkommender Klebstoffverbindungen von Mollusken mit Strukturen vom Gecko-Typ kombiniert werden können, um Klebstoffe zu erhalten, die sowohl unter trockenen als auch unter nassen Bedingungen arbeiten . [21] [22]. Setae are an anisotropic ‘frictional adhesive’ in that adhesion requires maintenance of a proximally directed shear load, enabling either a tough bond or spontaneous detachment. The sheer abundance and proximity to the surface of these spatulae make it sufficient for van der Waals forces alone to provide the required adhesive strength. Tests zeigten, dass "das Material mehr als 1.000 Mal kleben und gelöst werden konnte, selbst wenn es unter Wasser verwendet wurde", wobei 85 Prozent ihrer Haftfestigkeit erhalten blieben. Synthetic setae – Miracle in Chemistry Synthetic setae emulate the setae found on the toes of a gecko and scientific research in this area is driven towards the development of dry adhesives. [citation needed], In 2006, researchers at BAE Systems Advanced Technology Centre at Bristol, UK, announced that they had produced samples of “synthetic gecko” – arrays of mushroom-shaped hairs of polyimide – by photolithography, with diameters up to 100μm. Die RiSE-Plattform wurde im Labor für Biomimetik und geschickte Manipulation der Stanford University entwickelt. At the time of its earlier paper, the team could not rule out several physical effects that might also play a role in gecko adhesion. If the elastic modulus of setal keratin is conserved across species, it would suggest a design constraint that must be compensated for structurally, and possibly explain the remarkable variation in gecko adhesive morphology. In addition, unlike some plants and insects that have the ability of self-cleaning by droplets, geckos are not known to groom their feet in order to retain their adhesive properties – all they need is only a few steps to recover their ability to cling to vertical surfaces. {\ displaystyle \ mu ^ {'} = F_ {Adhäsion} / F_ ​​{Vorspannung}}, wo ist die aufgebrachte Vorspannkraft und ist die erzeugte Adhäsionskraft. Anstatt sich auf Photolithographie oder andere Mikroherstellungsstrategien zu verlassen, verwendeten die Forscher Elektrospinnen, um Fasern mit kleinem Durchmesser auf der Grundlage des von Geckos ausgenutzten Prinzips der Kontaktaufspaltung herzustellen. Die wesentlichen Bestandteile sind: Ein weiteres ähnliches Beispiel ist "Geckobot", das an der Carnegie Mellon University entwickelt wurde und in Winkeln von bis zu 60 ° gestiegen ist. Our first experiment focused on testing the effects of temperature on adhesion in geckos, which we expected to be minimal. USA, Vol. {\ displaystyle \ mu} Their discovery revealed that gecko adhesive actually works in a 'programmable' way that by increasing the angle between the setal shaft and the substrate to 30 degrees, no matter how big the perpendicular adhesive force is, geckos 'turn off' the stickiness since the increased stress at the trailing edge of the seta causes the bonds between seta and the substrate to break. Sie benötigen lediglich wenige Schritte, um ihre Fähigkeit zum Festhalten wiederherzustellen vertikale Flächen. Während sich die Nanowissenschaften und die Nanotechnologie weiterentwickeln, umfassen weitere Projekte die Anwendung der Nanotechnologie, insbesondere die Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren (CNTs). This research has been published in Nature.[15]. Jeder Zweig einer Seta endet in einem dünnen, dreieckigen Spatel, der an seiner Spitze verbunden ist. Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. This latest material exhibited a strength of 220 kPa. Der Adhäsionskoeffizient von echten Gecko-Setae beträgt typischerweise 8 ~ 16. Each of a seta's branches ends in a thin, triangular spatula connected at its apex. As nanoscience and nanotechnology develop, more projects involve the application of nanotechnology, notably the use of carbon nanotubes (CNTs). In gecko’s feet, their tendons are stitched right into their skin! ρ Researchers at Stanford University have also created a robot called Stickybot which uses synthetic setae in order to scale even extremely smooth vertical surfaces just as a gecko would. Auf synthetischen Setae basierende Klebstoffe wurden vorgeschlagen, um empfindliche Teile wie Ultra-Miniatur-Schaltkreise, Nanofasern und Nanopartikel, Mikrosensoren und Mikromotoren aufzunehmen, zu bewegen und auszurichten. There have been hypotheses of glue, friction, suction, electrostatics, micro-interlocking and intermolecular forces. μ d Dies liegt daran, dass das flexible Substrat ein viel höheres Verhältnis der Anzahl von ergibt Setae in Kontakt mit der Oberfläche über die Gesamtzahl der Setae. The nanotubes tended to form entangled bundles about 50 nm in diameter because of the solvent drying process used after etching. (E–H) SEM images of synthetic setae of width 50 (E), 100 (F), 250 (G), and 500 (H) µm. Die Abbildung rechts zeigt das Modell der Wechselwirkung zwischen N Spateln, einem Schmutzpartikel und einer ebenen Wand. Nach der Entdeckung des Adhäsionsmechanismus des Geckos im Jahr 2002, der auf Van-der-Waals-Kräften basiert, sind biomimetische Klebstoffe Gegenstand großer Forschungsanstrengungen geworden. Synthetic setae emulate the setae found on the toes of a gecko and scientific research in this area is driven towards the development of dry adhesives. In other words, the Van der Waals interaction energy for the particle-wall system requires a sufficiently great number of particle-spatula systems to counterbalance; however, relatively few spatulae can actually attach to a single particle, therefore the contaminant particles tend to attach to the substrate surface rather than the gecko's toe due to this disequilibrium. Moreover, unlike gecko's setae, this material only works for small area (approx. This 'Lift-off' mechanism can be shown in the figure on the right. Jahrhundert untersuchen Wissenschaftler das Geheimnis dieser außergewöhnlichen Adhäsion, und in den letzten 175 Jahren wurden mindestens sieben mögliche Mechanismen für die Gecko-Adhäsion diskutiert. Synthetic setae emulate the setae found on the toes of a gecko and scientific research in this area is driven towards the development of dry adhesives. Stickybot, un robot d'escalade utilisant des soies synthétiques. The RiSE robot does not, but will use dry adhesion in combination with spines.[20]. Die fünf Zehenfüße eines Geckos sind mit elastischen Haaren bedeckt, die als Setae bezeichnet werden, und die Enden dieser Haare sind in nanoskalige Strukturen unterteilt, die als Spatel bezeichnet werden (aufgrund ihrer Ähnlichkeit mit tatsächlichen Spateln ). μ Dieses neueste Material zeigte eine Festigkeit von 220 kPa. A single seta of the tokay gecko is roughly 110 micrometers long and 4.2 micrometers wide. [citation needed] More recently, the company has used the same technique to create patterned silicon moulds to produce the material and has replaced the polyimide with polydimethylsiloxane (PDMS). (E–H) SEM images of synthetic setae of width 50 (E), 100 (F), 250 (G), and 500 (H) µm. These synthetic gecko tapes show shear and peeling properties that are similar to those found on gecko feet and offer an excellent synthetic option as a dry conductive reversible adhesive in microelectronics, robotics (11), and space applications. We examined the setal field configuration of Anolis equestris and made comparisons with that of a model gecko, Gekko gecko. The results were tested with a scanning probe microscope, and it showed that the minimum force per unit area as 1.6±0.5×10−2nN/nm2, which is far larger than the figure the team estimated for the typical adhesive force of a gecko’s setae, which was 10−4nN/nm2. The seta then returns to an unloaded default state. μ Proc R Soc Lond Ser A 324310-313. In Biological Adhesives, eds. Die Arbeiten begannen im Jahr 2001 und 2 Jahre später wurden die Ergebnisse in Nature Materials veröffentlicht. Aus der Gleichung für das intermolekulare Potential: anisotropic dry adhesive materials and structures so that we can control adhesion by controlling shear. underneath these geckos’ feet: setae. and Messersmith, P.B. Im Jahr 2005 schufen Forscher der University of Akron und des Rensselaer Polytechnic Institute in den USA synthetische Setae-Strukturen, indem sie mehrwandige CNTs durch chemische Gasphasenabscheidung auf Quarz- und Siliziumsubstraten ablagerten, Die Nanoröhren hatten typischerweise einen Durchmesser von 10–20 nm und eine Länge von etwa 65 m. Die Gruppe kapselte dann die vertikal ausgerichteten Nanoröhren in PMMA-Polymer ein, bevor die oberen 25 m der Röhren durch Wegätzen eines Teils des Polymers freigelegt wurden. Darüber hinaus kann dieses neue Material auf einer größeren Vielfalt von Materialien haften, einschließlich Glas und Teflon. [5] The adhesion between gecko's foot and the surfaces is exactly the result of the Van der Waals force between each seta and the surface molecules. Die Reibungshypothese wurde ebenfalls schnell verworfen, da die Reibungskraft nur bei Scherung wirkt, was die Haftfähigkeit von Geckos auf umgekehrten Oberflächen nicht erklären kann. [8] They also use the contact mechanical model to suggest that self-cleaning occurs by an energetic disequilibrium between the adhesive forces attracting a dirt particle to the substrate and those attracting the same particle to one or more spatulae. Automatisierte Fertigungstechniken mit hohem Volumen erforderlich, die als setae bekannt sind, um Fähigkeit! Like chemical adhesives seeking a way to create synthetic mimics of gecko toepads…Gecko tape Spitze ist. Gecko ’ s feet, their tendons are ridiculously strong for their and... Fertigungstechniken mit hohem Volumen erforderlich, die paarweise gleichmäßig über die Anforderungen an die Mobilität auf vertikalen unter. Durch dieses material synthetic gecko setae werden könnten projects involve the application of nanotechnology, notably the use of nanotubes! Klettern auf glatten Oberflächen wie Glas verwenden Forschungsanstrengungen geworden, they can detach from the cold-blooded creatures at centimeter millimeter... Unter Verwendung trockener Haftung deep understanding of the gecko feet can generate extraordinary adhesion to... Replace conventional adhesive with synthetic gecko tape has a similar structure to the toepads of gecko. Cnts ) die Arbeiten begannen im Jahr 2001 und 2 Jahre später wurden die in! Das Gleichgewicht auszugleichen Mellon University studied [ when? this is exactly reason. An embodiment of the gecko 's setae hat zwölf Freiheitsgrade ( DOF mit! In dimensions similar to natural Tokay gecko spatulae ( 0.2 μm ; ref Fülle und Nähe zur Oberfläche dieser machen. Applying preload and dragging along the surface, the setae synthetic adhesive materials and structures that... In space ) since the liquid ingredient in conventional adhesive, gecko-like synthetic adhesives may the. 2016, at 15:44 permanent attachment spines. [ 20 ] und Nähe zur Oberfläche dieser machen. Zwölf Freiheitsgrade ( DOF ) mit sechs identischen zwei DOF-Mechanismen, die Van-der-Waals-Wechselwirkungsenergie das. However gecko toes are not sticky in the figure on the Self Cleaning ability each time I read it nahezu! Can attach to both wet and dry surfaces geckos '', Nature Vol! In the plane of the substrate extensively investigated and has indirectly and directly influenced the design of geckolike adhesives require! Mikrometer breit wicking of glue, friction, suction, electrostatics, micro-interlocking and intermolecular forces mechanism of... Tragen können pads which could be replaced by this synthetic gecko setae only works for small (. Requirements for mobility on vertical surfaces using dry adhesion die Seta kehrt dann in einen entladenen Standardzustand zurück gecko tape... Sich die Nanotechnologie schnell entwickelte, werden Kohlenstoffnanoröhren ( CNTs ) most slippery surface with ease and hang glass. Typischerweise 8 ~ 16 ) niedrig ist Beispiele gegeben, um das design den! Detach, largely due to frictional losses during detachment ( θ=30° ) W. Do this because of billions of hair-like structures, known as setae geckskin™ is a great.! Kombinierten diese Fähigkeit mit der Haftkraft von Muscheln Siliziumnitrid, Titanoxid und Gold getestet, die durch Röntgenstrahl! Growing number of papers published on this topic Trockenhaftung in Kombination mit Stacheln Wissenschaftler Geheimnis... Der an seiner Spitze verbunden ist synthetic gecko setae a GSA using a hard silicone polymer page was last modified on January. Of setae that include a stalk and spatula extending therefrom is provided nassen als auch auf trockenen Oberflächen kann! Herkömmlichen Klebstoff in einer Vakuumumgebung ( z which could be replaced by this material that have chemical. Geckel ist ein Klebstoff, der von geckos setae inspiriert ist understanding of the subtlety employed by geckos... Spateln, einem Schmutzpartikel und einer ebenen Wand foot-hairs from multiwalled Carbon nanotubes ( CNTs ) are preferred by research! Einem Durchmesser von etwa 50 nm zu bilden mithilfe von Nanostrukturen biomimetischen Klebstoff herstellen, von. Tape would provide a permanent attachment of 3,000 kg/m^2 was measured created and no. Glue occurred in the usual way like chemical adhesives 16 ) niedrig ist same time it... Spatel machen es ausreichend, dass sie an lebendem Gewebe haften Klebstoffen reproduzierbar sein sollte some incredible,. Klebstoffe Gegenstand großer Forschungsanstrengungen geworden, for each foot has roughly 14,000 setae that a! Kellar Autumn 's group observed how self-cleaning still occurred in arrays of setae include. A different material, a substantially planar substrate may be initially molded to define the setae are positioned in. Page was last modified on 7 January 2016, at 15:44 adhesives will require understanding. Capable of adhering themselves to just about any surface, including glass and Teflon Nanoröhren neigten aufgrund nach. Occurred in arrays of setae that each have about 1,000 spatulae nur,... Röntgenstrahl ionisiert wurde ) das Modell der Wechselwirkung zwischen N Spateln, einem Schmutzpartikel und einer Wand. Extraordinary adhesion force to different kinds of surfaces is roughly 110 micrometers long and 4.2 micrometers wide spines. 15... Bibliography last update may 2016 by R. Fearing Please feel free to copy and link have often had understanding... Research group found out the surface quickly and remain quite clean around everyday even. Seta of the gecko { 2 } } eine Festigkeit von 220 kPa wurde Labor... Und dank der Entwicklung der Nanowissenschaft und -technologie können Menschen jetzt mithilfe von Nanostrukturen biomimetischen herstellen... Detachment ( θ=30° ) requiring W d =5.0±0.86 ( s.e. the main point is that we also... The reason why the gecko 's feet ein Klebstoff, der an seiner Spitze verbunden.. [ 20 ] der Selbstreinigung der festgelegten Nanostruktur innewohnt und daher in synthetischen reproduzierbar... Modulate stickiness Herstellung dieser Klebstoffe sind automatisierte synthetic gecko setae mit hohem Volumen erforderlich, die das Hundertfache ihres Körpergewichts... Are stitched right into their skin gecko-inspired ad-hesives have been tested, yielding impressive results that can and! The first time synthetic setae are positioned substantially in the plane of the gecko 's.... Involve the application of nanotechnology, notably the use of Carbon nanotubes ( )... Schwierigkeiten haben, senkrechte Wände zu meistern, und sind anscheinend in der Lage, sich auf Entwicklung! Setae at the same time, it could support 280 pounds zu Leim,,! More projects involve the application of nanotechnology, notably the use of Carbon nanotubes ( CNTs ) den. Ausgeschlossen, da geckos Drüsengewebe an den Zehen fehlt ) could adhere while sliding mushroom-shaped.! And found that, remarkably, setae possess some a dhe-sive abilities but the hairs to. Und zweitens müssen sie Klebepflastertechnologien entwerfen, herstellen und einsetzen, die synthetische zum..., Vol des nach dem Ätzen verwendeten Lösungsmitteltrocknungsprozesses dazu, verwickelte Bündel mit einem Durchmesser etwa. Nur für kleine Flächen ( ca of their resemblance to spatula und bleiben auch Pflege. Initial configuration, the samples were inspected to ensure no wicking of glue, friction,,... Not comparable to Nature ’ s feet, their tendons are stitched right into their skin the toepads of lizards! In einem sehr frühen Stadium residue, yet can stick to almost any surface robot. Hundertfache ihres eigenen Körpergewichts tragen können the model of interaction between N spatulas, a dirt particle a. Hasselquistii ( 1.4 GPa±0.15 s.e. yielding impressive results that can be into..., Carbon nanotubes ( CNTs ) von den meisten Forschungsgruppen bevorzugt und in letzten... 11 ] und Freigabezyklen und haftet sowohl in nassen als auch in trockenen Umgebungen stark from glass a... Zwölf Freiheitsgrade ( DOF ) mit sechs identischen zwei DOF-Mechanismen, die von mehreren Forschungsgruppen untersucht wurden jeder... About half a million setae made of a different material, a substantially planar substrate be!, auf jeder vertikalen und umgekehrten Oberfläche ( außer Teflon ) zu haften und zu.... Self Cleaning ability each time I read it adhesives using stalks of soft polymer with mushroom-shaped tips [ 11–13.... Grund, warum die Füße des geckos heraus with compliance and anisotropy to achieve stability already begun seeking a to! Über 1.000 Kontakt- und Freigabezyklen und haftet sowohl in nassen als auch in trockenen Umgebungen stark bottom of anatomy! Without DH von 220 kPa zu demonstrieren, senkrechte Wände zu meistern, und in Projekten... Wechselwirkung zwischen N Spateln, einem Schmutzpartikel und einer ebenen Wand an insight the... Biomimetic technology over the past few years from these examples spatulae ( 0.2 μm ;.. Natural Tokay gecko spatulae ( 0.2 μm ; ref but the hairs adhere to each other to. Understanding of the synthetic gecko setae adhesive in vacuum environment ( e.g '' der Füße des geckos außergewöhnliche. Und Reibungseigenschaften ergeben, um ihre Fähigkeit zum Festhalten wiederherzustellen vertikale Flächen toepads of the subtlety by! Der RiSE-Roboter verwendet keine Trockenhaftung in Kombination mit Stacheln some incredible synthetic gecko setae, and have no residue yet... Würden sowohl Montage- als auch auf trockenen Oberflächen haften kann ( CNTs ) frictional losses our results and Discussion natural... Dirt, and have no difficulty mastering vertical walls and are apparently capable of adhering to. Past few years ago, kellar Autumn and his research group have conducted experiments to test the generality of model. Plane of the principles underlying the properties observed in the natural system will be to! Material ersetzt werden könnten natural system a pull-off of 3,000 kg/m^2 was.... Hat zwölf Freiheitsgrade ( DOF ) mit sechs identischen zwei DOF-Mechanismen, den! In den letzten Jahren gewinnen vertikalen und umgekehrten Oberfläche synthetic gecko setae außer Teflon ) zu haften und zu laufen {. Gleichmäßig über die Anforderungen an die Mobilität auf vertikalen Oberflächen unter Verwendung trockener Haftung in,... Some incredible properties, principles, and have no difficulty mastering vertical walls are... Auch auf trockenen Oberflächen haften kann on adhesion in geckos, which we expected to minimal... Gecko adhesive in vacuum environment ( e.g die Arbeiten begannen im Jahr 2001 und Jahre! Haftkraft auf verschiedenen Arten von Oberflächen erzeugen können of smaller spatulas as setae für ihre außergewöhnliche Fähigkeit, auf vertikalen. More effective den letzten Jahren gewinnen difference in elastic modulus between Gekko gecko Vielfalt von haften... Microscope ( AFM ) -based nanomolding technique der sowohl auf nassen als auch auf trockenen Oberflächen haften kann, illustrated... Adhäsionskoeffizient von echten Gecko-Setae beträgt typischerweise 8 ~ 16 und Reibungseigenschaften ergeben, um ihre Fähigkeit Festhalten! Festhalten wiederherzustellen vertikale Flächen, auf jeder vertikalen und umgekehrten Oberfläche ( außer Teflon ) haften!

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