ได้รับแรงบันดาลใจจากวิธีการทำงานของผิวหนังบนแขนปลาหมึก นักวิจัยจากเวอร์จิเนียเทคในสหรัฐอเมริกาได้พัฒนากาวชนิดใหม่ที่เปลี่ยนได้อย่างรวดเร็วซึ่งยึดติดกับวัตถุใต้น้ำอย่างแน่นหนา วัสดุนี้สามารถนำไปใช้ในวิทยาการหุ่นยนต์ การดูแลสุขภาพ และในการผลิตสำหรับการประกอบและจัดการกับวัตถุเปียก กาวที่ใช้งานใต้น้ำทำได้ยาก นี่เป็นเพราะพันธะไฮโดรเจนและแวนเดอร์วาลส์
และแรงไฟฟ้า
สถิตที่เป็นสื่อกลางในการยึดเกาะในสภาพแวดล้อมที่แห้งนั้นมีประสิทธิภาพน้อยกว่ามากในน้ำ อย่างไรก็ตาม สัตว์โลกมีตัวอย่างมากมายของการยึดเกาะที่แข็งแกร่งในสภาวะที่ชื้น เช่น หอยแมลงภู่จะหลั่งโปรตีนกาวพิเศษ สร้างแผ่นโลหะเหนียวเพื่อยึดติดกับพื้นผิวที่เปียก กบส่งของเหลวผ่านแผ่นรองนิ้วเท้า
ที่มีโครงสร้างเพื่อกระตุ้นเส้นเลือดฝอยและแรงอุทกพลศาสตร์ และปลาหมึกเช่นปลาหมึกใช้ตัวดูดเพื่อยึดติดกับพื้นผิวผ่านการดูดพันธะกาวที่แข็งแกร่งกริปเปอร์เซฟาโลพอดนั้นดีเป็นพิเศษในการจับสิ่งของใต้น้ำ ตัวอย่างเช่น Octopi มีแขนยาวแปดแขนที่ปกคลุมด้วยตัวดูดที่สามารถคว้าวัตถุเช่นเหยื่อได้
ตัวดูดมีรูปร่างเหมือนปลายลูกสูบของช่างประปา ตัวดูดยึดติดกับวัตถุ และสร้างพันธะกาวที่แข็งแรงอย่างรวดเร็วซึ่งยากต่อการแตกหัก หัวหน้าทีมวิจัยอธิบายว่า “การยึดเกาะสามารถเปิดใช้งานและปล่อยออกมาได้อย่างรวดเร็ว” และปลาหมึกยักษ์ควบคุมตัวดูดมากกว่า 2,000 ตัวในแขนทั้งแปดโดยประมวลผลข้อมูล
จากเซ็นเซอร์ทางเคมีและเชิงกลที่หลากหลายแท้จริงแล้ว อุปกรณ์ตรวจจับของปลาหมึกประกอบด้วยระบบรับแสงที่ใช้ดวงตาของมัน ตัวรับกลไกที่ตรวจจับการไหลของของไหล ความดัน และการสัมผัส และเซ็นเซอร์รับความรู้สึกทางเคมี ตัวดูดแต่ละตัวถูกควบคุมโดยอิสระเพื่อเปิดใช้งานหรือคลายการยึดเกาะ
ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่มีในกาวสังเคราะห์ กาวใหม่ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากปลาหมึกยักษ์ของเวอร์จิเนียเทคประกอบด้วยก้านซิลิโคนอีลาสโตเมอร์ที่หุ้มด้วยเมมเบรนอีลาสโตเมอร์ที่ยืดได้ซึ่งกระตุ้นด้วยแรงลมเพื่อควบคุมการยึดเกาะ ก้านทำจากแม่พิมพ์พิมพ์ 3 มิติ จากนั้นหล่อซิลิโคนอีลาสโตเมอร์และบ่ม
ส่วนประกอบ
กาวเชื่อมต่อกับแหล่งแรงดันที่ให้แรงดันบวก เป็นกลาง และลบเพื่อควบคุมรูปร่างของเมมเบรนที่ใช้งานอยู่“การออกแบบนี้ช่วยให้เราเปลี่ยนการยึดเกาะจากสถานะเปิดเป็นปิดได้ 450 ครั้งในเวลาน้อยกว่า 50 มิลลิวินาที” บาร์ตเลตต์กล่าว “เราผสานรวมองค์ประกอบกาวเหล่านี้อย่างแนบแน่นกับอาร์เรย์
ของเซ็นเซอร์ระยะใกล้แบบออปติคัล micro-LIDAR ที่ตรวจจับว่าวัตถุอยู่ใกล้แค่ไหน”จากนั้นนักวิจัยได้เชื่อมต่อตัวดูดและ LIDAR ผ่านไมโครคอนโทรลเลอร์สำหรับการตรวจจับวัตถุแบบเรียลไทม์และควบคุมการยึดเกาะ ถุงมือที่มีตัวดูดสังเคราะห์และเซ็นเซอร์ใต้น้ำ ปลาหมึกจะควักแขนไปรอบๆ วัตถุต่างๆ
และสามารถยึดติดกับพื้นผิวได้หลากหลาย รวมถึงหิน เปลือกเรียบ และเพรียงหยาบโดยใช้ปากดูดของมัน Bartlett และเพื่อนร่วมงานได้เลียนแบบสิ่งนี้โดยทำถุงมือที่มีตัวดูดสังเคราะห์และเซ็นเซอร์ประกอบเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนา อุปกรณ์นี้มีชื่อว่า Octa-glove สามารถตรวจจับวัตถุที่มีรูปร่างแตกต่างกัน
ใต้น้ำได้
สิ่งนี้จะกระตุ้นกาวโดยอัตโนมัติเพื่อให้สามารถจัดการวัตถุได้“ด้วยการผสานวัสดุกาวที่อ่อนนุ่มและตอบสนองเข้ากับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบฝัง ทำให้เราสามารถจับวัตถุได้โดยไม่ต้องบีบ” บาร์ตเลตต์กล่าว “มันทำให้การจัดการวัตถุที่เปียกหรือใต้น้ำง่ายขึ้นและเป็นธรรมชาติมากขึ้น
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถเปิดใช้งานและคลายการยึดเกาะได้อย่างรวดเร็ว เพียงเลื่อนมือของคุณไปยังวัตถุ ถุงมือจะทำงานเพื่อหยิบจับ ทั้งหมดนี้สามารถทำได้โดยที่ผู้ใช้ไม่ต้องกดปุ่มแม้แต่ปุ่มเดียว”ความสามารถเหล่านี้ซึ่งเลียนแบบการจัดการ การตรวจจับ และการควบคุมปลาหมึกขั้นสูง
ในการทดลอง นักวิจัยได้ทดสอบโหมดการจับยึดหลายแบบ พวกเขาใช้เซ็นเซอร์ตัวเดียวในการจัดการกับวัตถุที่บอบบางและน้ำหนักเบา และพบว่าพวกเขาสามารถหยิบและปล่อยวัตถุแบน ของเล่นโลหะ กระบอก ช้อน และลูกบอลไฮโดรเจลที่อ่อนนุ่มเป็นพิเศษได้อย่างรวดเร็ว จากนั้นจึงกำหนดค่าเซ็นเซอร์ใหม่ให้เปิดใช้งานเซ็นเซอร์หลายตัว จึงสามารถจับวัตถุขนาดใหญ่กว่า เช่น จาน กล่อง และชามได้
ทีมงานของเวอร์จิเนียเทคซึ่งรายงานผลงานกล่าวว่ายังมีอีกมากที่ต้องเรียนรู้ ทั้งเกี่ยวกับวิธีที่ปลาหมึกควบคุมการยึดเกาะและจัดการกับวัตถุใต้น้ำ “หากเราสามารถเข้าใจระบบธรรมชาติได้ดีขึ้น สิ่งนี้จะช่วยให้สามารถสร้างระบบทางวิศวกรรมที่ได้รับแรงบันดาลใจทางชีวภาพขั้นสูงมากขึ้น” บาร์ตเลตต์กล่าว
ด้วยเหตุนี้ เราจึงได้พัฒนา “อุปกรณ์ปล่อยสารเรืองแสงความดันบรรยากาศ” ที่สามารถย่อยโปรตีนและโมเลกุลขนาดใหญ่อื่นๆในแหล่งกำเนิด. การปลดปล่อยสารเรืองแสงเป็นพลาสมาที่เกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านก๊าซ และพลาสมาดังกล่าวถูกใช้เป็นแหล่งไอออไนเซชันในแมสสเปกโตรเมทรีมานาน
แล้ว ด้วยการพัฒนาอุปกรณ์นี้ เรามีเป้าหมายที่จะผลิตมาร์คเกอร์ที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว สม่ำเสมอ และได้รับการแก้ไขเชิงพื้นที่จากโปรตีน ซึ่งสามารถวิเคราะห์ได้ในภายหลังด้วยการถ่ายภาพด้วยเครื่องแมสสเปกโตรเมตรี สิ่งนี้จะแสดงถึงการเตรียมตัวอย่างที่ลดลงอย่างมาก และที่สำคัญคือจะรักษา
ข้อมูลเชิงพื้นที่อันมีค่าไว้ในตัวอย่างดั้งเดิม แมสสเปกโตรมิเตอร์อีกเครื่องที่เราวางแผนไว้จะใช้ประโยชน์จากการพัฒนาใหม่ในการใช้ลำแสงคลัสเตอร์น้ำสำหรับการสลายโมเลกุล ซึ่งสามารถเพิ่มความไวได้ 100 เท่า ในขณะที่ลดและควบคุมการกระจายตัวระหว่างการสุ่มตัวอย่างพื้นผิว
ภาพรวมในเวลา เครื่องมืออีกชิ้นหนึ่งที่เรากำลังพัฒนาโดยเป็นส่วนหนึ่งของหัวข้อนี้จะใช้แมสสเปกโตรเมตรีใน “โหมดกล้องจุลทรรศน์” และอิงตามแมสสเปกโตรเมตรีไอออนทุติยภูมิ (SIMS) ซึ่งพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบถูกสปัตเตอร์โดยใช้ลำแสงไอออนปฐมภูมิที่โฟกัส และ การวิเคราะห์
แนะนำ ufaslot888g
