מתקן המאפשר לבני-אדם להתהלך על קירות

מתקן בגודל כף-יד, שפותח באוניברסיטת קורנל, והמסתייע במתח-פנים של מים על משטח כקשר מדביק, יוכל להפוך את הדבר לאפשרי

האם יוכלו בני-אדם להתהלך יום אחד על קירות, בדומה לספיידרמן? מתקן בגודל כף-יד, שפותח באוניברסיטת קורנל, והמסתייע במתח-פנים של מים על משטח כקשר מדביק, יוכל להפוך את הדבר לאפשרי.

מנגנון ההדבקה המהירה יוכל להוביל לפיתוחם של נעליים או כפפות הנדבקות וניתקות מקירות, או פתקים דביקים שיוכלו לשאת על עצמם משקל גדול יותר, לפי דבריו של Paul Steen, פרופסור להנדסה כימית וביומולקולארית באוניברסיטה.

פיתוח המתקן נולד בהשראת סוג חיפושית הנפוצה בפלורידה, המסוגלת להיאחז בעלה בכוח שהינו פי מאה ממשקלה העצמי, יחד עם האפשרות לניתוק מיידי מהעלה. ממצאי המחקר החדש פורסמו בכתב-העת המדעי Proceedings of the National Academy of Sciences.

המתקן מורכב מלוח שטוח המכיל חרירים, שכל אחד מהם בגודל מיקרוני. לוח תחתון מכיל מאגר של נוזל, ובאמצע מצויה שכבה נקבובית נוספת. שדה חשמלי, הנוצר ע”י סוללה של תשעה וולטים, גורם לשאיבת טיפות מים מהשכבה התחתונה ודחיסתן לתוך השכבה העליונה. מתח הפנים של הטיפות החשופות גורם למתקן להיאחז במשטח הנוסף – בדומה למצב שבו שתי פיסות זכוכית לחות נצמדות האחת לשנייה.

“בחיי היום-יום שלנו, כוחות אלו הינם חלשים יחסית,” מסביר החוקר. “אולם, אם אתה מפעיל כמות רבה שלהם תוך כדי בקרה מדויקת עליהם, כמו שעושה החיפושית, עתה יכול לקבל כוחות אחיזה חזקים.”

לדוגמא, אחד ממתקני האב-טיפוס של החוקרים הורכב מאלף חרירים, בגודל של 300 מיקרונים כל אחד, והצליח לשאת עליו משקל של שלושים גרמים – יותר משבעים אטבים משרדיים. הם גילו כי עם הקטנת קוטר החרירים ומילוי מספר רב יותר שלהם באותו השטח, מידת ההדבקה מתגברת. החוקרים מעריכים כי מתקן ששטחו 2.5 ס”מ מרובעים, המכיל מיליוני חרירים בגודל של מיקרון אחד, יוכל לשאת משקל הקרוב לשמונה קילוגרמים.

בכדי לשחרר את האחיזה, פשוט מחליפים את כיוון השדה החשמלי המופעל, ואז המים חוזרים למקומם המקורי, תוך שבירת “הגשרים” הזעירים שנוצרו בין המתקן לבין המשטח האחר.

המחקר הנוכחי מבוסס על מחקר קודם שפורסם והדגים את היעילות של מה שמכונה שאיבה אלקטרו-אוסמוטית בין ממשקי משטחים שונים האחוזים יחדיו ע”י מתח-פנים, תחילה ע”י שימוש בשתי טיפות מים גדולות.

אחד מהאתגרים הגדולים ביותר בפיתוח מתקן זה היה הצורך למנוע מהטיפות מלהתמזג יחדיו, תכונה הנפוצה מאוד במצב בו טיפות המים קרובות מאוד. בכדי לפתור זאת, החוקרים תכננו את המשאבה שלהם כך שתעמוד בפני זרם המים כאשר היא מנותקת. השלב הבא של החוקרים יהיה לשפר עוד את יעילות המשאבה ואת תכונות הטיפות, אולי ע”י עטיפתן בקרומיות זעירות כך שתימנע כליל הרטיבות.
הידיעה מהאוניברסיטה