문어에서 영감을 받은 기술로 수중 물체를 성공적으로 조종

자연에서 영감을 받은 메커니즘을 사용하여 새로운 기술 혁신을 만드는 것은 버지니아 공대 연구팀의 특징입니다. 마이클 바틀릿 부교수가 이끄는 그룹은 문어 빨판의 모양에서 영감을 받아 문어에서 영감을 받은 접착제를 만들어냈는데, 이 접착제는 까다로운 수중 물체를 빠르게 잡고 제어 가능하게 풀어줄 수 있습니다.

무거운 바위, 작은 조개, 부드러운 구슬 및 기타 파편과 같은 수중 물체를 잡고 풀어줄 수 있는 능력은 수중 인양 ​​및 구조 작업에 강력한 도구가 될 수 있습니다. 그들의 연구 결과는 Advanced Science 에 게재되었습니다.

이 연구는 Virginia Tech의 학부 연구원 Austin Via, Aldo Heredia, Daniel Adjei와 함께 수행되었습니다. 대학원 연구 조수 Chanhong Lee는 논문의 첫 번째 저자였으며, Designing Materials to Revolutionize and Engineer our Future 프로그램을 통해 National Science Foundation에서 지원한 연구를 보고했습니다.

"저는 문어가 어떻게 한 순간에 무언가를 강하게 붙잡고 있다가 즉시 놓아줄 수 있는지에 매료되었습니다. 문어는 물속에서 거칠고, 휘어져 있고, 불규칙한 물체 위에서 이런 일을 합니다. 정말 대단한 업적입니다."라고 Bartlett은 말했습니다.

수중에서 그립을 잡다

이 오랜 과제를 극복하기 위해 Bartlett과 그의 팀은 문어의 모양을 살펴보았습니다. 구체적으로, 그들은 문어의 빨판의 바깥쪽 구조인 깔대기(infundibulum)를 살펴보았습니다. 이는 연구자들이 다중 표면 접착을 위해 모양을 바꾸는 활동적이고 변형 가능한 막이 있는 탄력적이고 곡선형 줄기를 활용하는 접착제를 만들도록 영감을 주었습니다.

곡선형 줄기는 대규모 곡률에 부착되는 동시에 소규모 거칠기에 대한 적응성을 높입니다. 이러한 메커니즘은 시너지 효과를 발휘하여 여러 길이 규모에 걸쳐 접착력을 개선합니다.

이로 인해 문어에서 영감을 받은 접착제가 쉽게 풀리는 상태보다 활성화될 때 1,000배 더 강해졌습니다. 중요한 점은 이 전환이 약 30밀리초라는 1초의 일부 내에서 발생한다는 것입니다. 문어에서 영감을 받은 접착제는 이제 거칠고, 휘어져 있고, 불규칙한 물체를 포함한 다양한 표면과 다양한 유체에서 높은 부착 강도를 달성합니다. 이 새로운 도구를 사용하면 다이버는 과도한 압착을 가하지 않고도 미끄러운 물체를 잡을 수 있으며, 빠른 전환으로 빠르게 잡을 수도 있습니다.

까다로운 수중 물체의 그립과 릴리스

문어 빨판은 살아있는 조직으로 만들어졌기 때문에, 그들은 접근하는 작업에 맞게 휘고, 확장하고, 수축합니다. 이것은 동물에게 더 강한 그립을 줄 뿐만 아니라 매끄럽거나 거칠고, 각이 지거나 평평한 물체를 찾을 때 그립을 적응시키는 다양성을 제공합니다.

연구진은 문어에서 영감을 얻은 새로운 접착제를 사용해 부드럽고 단단한 재료, 평평하고 거칠거나 심지어 휘어진 재료 등 다양한 종류의 까다로운 수중 물체를 집어 올리고, 잡고, 놓을 수 있습니다.

이 능력은 수중 케언, 즉 조심스럽게 만든 수중 바위 더미를 건설함으로써 입증되었습니다. 여기서 바위는 다양한 크기, 모양, 표면 거칠기를 가지고 있으며 구조물의 균형을 유지하기 위해 집어 올려야 하지만 정확하게 놓아야 합니다. 동시에, 그들은 또한 부드럽고 젤리 같은 구슬을 쉽게 잡고 놓을 수 있습니다.

"이런 종류의 조작은 문어가 굴 주변에 물건을 배열하면서 수행합니다."라고 Lee는 말했습니다. "이 시연은 문어에서 영감을 받은 접착제가 어려운 수중 물체를 정확하게 조작할 수 있는 능력을 강조합니다."

이 소재는 또한 여러 사이클과 장시간에 걸쳐 안정적인 부착을 보여줍니다. 한 실험에서 부착력은 100사이클 동안 일정하게 유지되었습니다. 또 다른 테스트에서 팀은 거칠고 휘어진 바위를 물속에서 7일 이상 유지한 다음 필요에 따라 놓아주었습니다. 특히 장시간 동안 물체를 고정하는 인양 작업에서 이는 중요할 수 있습니다.

문어처럼 움켜쥐다

Bartlett은 이전에 Science Advances에 게재된 Octa-Glove를 만들었습니다. Octa-Glove는 문어에서 영감을 받은 접착제로, 근처의 물체를 감지하는 LIDAR 센서가 장착되어 과도한 힘을 가하지 않고도 물체에 강력하면서도 부드럽게 부착됩니다. 포획 후, 필요에 따라 빨판을 분리하여 포획된 물체를 방출할 수 있습니다.

이 장갑은 구조 다이버, 수중 고고학자, 사용자 지원 기술, 그리고 젖거나 수중 물체를 단단히 잡아야 하는 헬스케어 또는 이와 유사한 작업에 귀중한 도구가 될 수 있습니다. 이 최근 발표된 연구는 장갑의 용량을 늘려 그립을 더욱 강하게 만들 수 있습니다.

"우리는 새로운 접착 설계를 활용하여 Octa-Glove를 더욱 개선하고자 합니다."라고 Bartlett은 말했습니다. "수중 환경은 긴 목록의 과제를 제시하며, 이 발전은 우리를 또 다른 장애물을 극복하게 합니다. 우리는 이제 문어가 물체를 정밀하게 잡고 조작하는 놀라운 능력을 복제하는 데 그 어느 때보다 가까워졌으며, 젖거나 수중 환경을 탐험하고 조작할 수 있는 새로운 가능성을 열었습니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241009155721.htm