BY CHRISTINE BLACKMAN
A Stanford mechanical engineer is using the biology of a gecko's sticky foot to create a robot that climbs. In the same way the small reptile can scale a wall of slick glass, the Stickybot can climb smooth surfaces with feet modeled on the intricate design of gecko toes.
Mark Cutkosky, the lead designer of the Stickybot, a professor of mechanical engineering and co-director of the Center for Design Research, has been collaborating with scientists around the nation for the last five years to build climbing robots.
After designing a robot that could conquer rough vertical surfaces such as brick walls and concrete, Cutkosky moved on to smooth surfaces such as glass and metal. He turned to the gecko for ideas.
"Unless you use suction cups, which are kind of slow and inefficient, the other solution out there is to use dry adhesion, which is the technique the gecko uses," Cutkosky said.
Wonders of the gecko toe
The toe of a gecko's foot contains hundreds of flap-like ridges called lamellae. On each ridge are millions of hairs called setae, which are 10 times thinner than a human's. Under a microscope, you can see that each hair divides into smaller strands called spatulae, making it look like a bundle of split ends. These split ends are so tiny (a few hundred nanometers) that they interact with the molecules of the climbing surface.
The interaction between the molecules of gecko toe hair and the wall is a molecular attraction called van der Waals force. A gecko can hang and support its whole weight on one toe by placing it on the glass and then pulling it back. It only sticks when you pull in one direction – their toes are a kind of one-way adhesive, Cutkosky said.
"It's very different from Scotch tape or duct tape, where, if you press it on, you then have to peel it off. You can lightly brush a directional adhesive against the surface and then pull in a certain direction, and it sticks itself. But if you pull in a different direction, it comes right off without any effort," he said.
Robots with gecko feet
One-way adhesive is important for climbing because it requires little effort to attach and detach a robot's foot.
"Other adhesives are sort of like walking around with chewing gum on your feet: You have to press it into the surface and then you have to work to pull it off. But with directional adhesion, it's almost like you can sort of hook and unhook yourself from the surface," Cutkosky said.
After the breakthrough insight that direction matters, Cutkosky and his team began asking how to build artificial materials for robots that create the same effect. They came up with a rubber-like material with tiny polymer hairs made from a micro-scale mold.
The designers attach a layer of adhesive cut to the shape of Stickybot's four feet, which are about the size of a child's hand. As it steadily moves up the wall, the robot peels and sticks its feet to the surface with ease, resembling a mechanical lizard.
The newest versions of the adhesive, developed in 2009, have a two-layer system, similar to the gecko's lamellae and setae. The "hairs" are even smaller than the ones on the first version – about 20 micrometers wide, which is five times thinner than a human hair. These versions support higher loads and allow Stickybot to climb surfaces such as wood paneling, painted metal and glass.
The material is strong and reusable, and leaves behind no residue or damage. Robots that scale vertical walls could be useful for accessing dangerous or hard to reach places.
Next steps
The team's new project involves scaling up the material for humans. A technology called Z-Man, which would allow humans to climb with gecko adhesive, is in the works.
Cutkosky and his team are also working on a Stickybot successor: one that turns in the middle of a climb. Because the adhesive only sticks in one direction, turning requires rotating the foot.
"The new Stickybot that we're working on right now has rotating ankles, which is also what geckos have," he said.
"Next time you see a gecko upside down or walking down a wall head first, look carefully at the back feet, they'll be turned around backward. They have to be; otherwise they'll fall."
Cutkosky has collaborated with scientists from Lewis & Clark College, the University of California-Berkeley, the University of Pennsylvania, Carnegie Mellon University and a robot-building company called Boston Dynamics. His project is funded by the National Science Foundation and the Defense Advanced Research Projects Agency. The research is described in a paper published online Aug. 2 in Applied Physics Letters, "Effect of fibril shape on adhesive properties."
Christine Blackman is a science-writing intern at the Stanford News Service.
soource :http://news.stanford.edu/news/2010/august/gecko-082410.html
-------------------------------------------------------------------------------
Rahasia pendakian robot membantu kaki tokek
Ilmiah di balik jari-jari kaki tokek memiliki jawaban untuk sebuah perekat kering yang menyediakan pegangan yang ideal untuk kaki robot. Stanford insinyur mekanik Mark Cutkosky menggunakan bahan baru, berdasarkan struktur kaki tokek, untuk menjaga robot-nya mendaki
Oleh Blackman
Seorang insinyur Stanford mekanik menggunakan biologi kaki yang lengket tokek untuk menciptakan robot yang climbs. Dengan cara yang sama, reptil kecil dapat skala dinding kaca licin, yang Stickybot dapat memanjat permukaan yang halus dengan kaki model pada desain rumit jari kaki tokek.
Mark Cutkosky, perancang memimpin dari Stickybot, seorang profesor teknik mesin dan co-direktur dari Pusat Penelitian Desain, telah berkolaborasi dengan ilmuwan di seluruh bangsa selama lima tahun terakhir untuk membangun robot mendaki.
Setelah merancang sebuah robot yang bisa menaklukkan permukaan vertikal kasar seperti dinding bata dan beton, Cutkosky pindah ke permukaan halus, seperti kaca dan logam. Dia berbalik ke tokek untuk ide-ide.
"Kecuali Anda menggunakan cangkir isap, yang jenis lambat dan tidak efisien, solusi lain di luar sana adalah dengan menggunakan adhesi kering, yang merupakan teknik tokek digunakan," kata Cutkosky.
Keajaiban kaki tokek
Ujung kaki tokek berisi ratusan punggung flap-seperti disebut lamellae. Pada masing-masing punggung jutaan rambut disebut setae, yang 10 kali lebih tipis dari manusia. Di bawah mikroskop, Anda dapat melihat bahwa setiap rambut terbagi menjadi lebih kecil yang disebut alur spatulae, sehingga terlihat seperti seikat berakhir split. Ini berakhir split sangat kecil (beberapa ratus nanometer) yang mereka berinteraksi dengan molekul permukaan pendakian.
Interaksi antara molekul rambut jari tokek dan dinding merupakan daya tarik molekul yang disebut van der Waals gaya. tokek A bisa bertahan dan mendukung seluruh berat pada satu kaki dengan menempatkannya pada kaca dan kemudian menarik kembali. Itu hanya tongkat ketika Anda menarik dalam satu arah - jari kaki mereka adalah semacam perekat satu arah, Cutkosky kata.
"Ini sangat berbeda dari selotip atau duct tape, di mana, jika Anda menekan itu, Anda kemudian harus mengelupas it off. Anda ringan dapat kuas perekat terarah terhadap permukaan dan kemudian tarik ke arah tertentu, dan tongkat itu sendiri. Tetapi jika Anda menarik ke arah yang berbeda, ia datang segera tanpa usaha, "katanya.
Robot dengan kaki tokek
Satu-cara perekat penting untuk pendakian karena memerlukan sedikit usaha untuk memasang dan melepas kaki robot.
"Perekat lainnya adalah semacam seperti berjalan sekitar dengan permen karet pada kaki Anda: Anda harus menekan ke permukaan dan kemudian Anda harus bekerja untuk menariknya keluar Tapi dengan adhesi arah, hampir seperti Anda dapat semacam hook dan melepas kaitan. diri dari permukaan, "kata Cutkosky.
Setelah wawasan terobosan yang penting arah, Cutkosky dan timnya mulai bertanya bagaimana membangun bahan buatan untuk robot yang menciptakan efek yang sama. Mereka datang dengan bahan karet-seperti dengan rambut polimer kecil yang terbuat dari cetakan skala mikro.
Para desainer melampirkan lapisan perekat dipotong dengan bentuk empat Stickybot kaki, yang seukuran tangan seorang anak. Karena terus bergerak naik dinding, kulit robot dan tongkat kakinya ke permukaan dengan mudah, mirip kadal mekanik.
Versi terbaru dari perekat, yang dikembangkan pada tahun 2009, memiliki sistem dua lapis, serupa dengan lamellae dengan tokek dan setae. The "rambut" bahkan lebih kecil dari yang pada versi pertama - sekitar 20 mikrometer lebar, yaitu lima kali lebih tipis dari rambut manusia. Versi ini mendukung beban yang lebih tinggi dan memungkinkan Stickybot memanjat permukaan seperti panel kayu, dicat logam dan kaca.
Material yang kuat dan dapat digunakan kembali, dan tidak meninggalkan residu atau kerusakan. Robot yang skala dinding vertikal bisa berguna untuk mengakses berbahaya atau sulit dijangkau.
Langkah berikutnya
proyek baru yang melibatkan tim scaling up material bagi manusia. Sebuah teknologi yang disebut Z-Man, yang akan memungkinkan manusia untuk mendaki dengan perekat tokek, adalah dalam bekerja.
Cutkosky dan timnya juga bekerja di sebuah pengganti Stickybot: satu yang ternyata di tengah mendaki. Karena hanya tongkat perekat dalam satu arah, memutar balik membutuhkan kaki.
"The Stickybot baru yang kami kerjakan sekarang telah berputar pergelangan kaki, yang juga apa tokek miliki," katanya.
"Lain kali Anda melihat sebuah tokek terbalik atau berjalan di kepala dinding pertama, melihat dengan hati-hati di kaki kembali, mereka akan berbalik ke belakang Mereka harus;. Kalau tidak, mereka akan jatuh."
Cutkosky telah bekerjasama dengan para ilmuwan dari Lewis & Clark College, University of California-Berkeley, University of Pennsylvania, Carnegie Mellon University dan perusahaan robot-bangunan yang disebut Boston Dynamics. proyeknya didanai oleh National Science Foundation dan Pertahanan Advanced Research Projects Agency. Penelitian ini dijelaskan dalam makalah yang diterbitkan Agustus online 2 dalam Surat Fisika Terapan, "Pengaruh bentuk urat saraf pada sifat perekat."
Christine Blackman adalah magang ilmu-menulis di Stanford News Service.
sumber: http://news.stanford.edu/news/2010/august/gecko-082410.html
terjemahannya kok aneh pak?
BalasHapus