Escalar superficies verticales ásperas con adhesión direccional jerárquica

Investigaciones previas en biología y mecánica han mostrado la importancia de la jerarquía en el rendimiento de sistemas adhesivos secos en superficies ásperas. El gecko utiliza varios niveles de jerarquía que operan en escalas de longitud de milímetros a cientos de nanómetros para maniobrar en superficies verticales lisas y ásperas que van desde vidrio hasta roca. El sistema jerárquico del gecko cumple dos funciones principales: permite la conformación a la superficie para una gran área efectiva de contacto, y distribuye la carga de manera uniforme entre los elementos en contacto. Presentamos un nuevo sistema adhesivo direccional de dos niveles que proporciona estas capacidades para un robot escalador inspirado en el gecko. Las características distales constan de estructuras en forma de cuña con un ancho de base de 50 micras y una altura de aproximadamente 180 micras. Las cuñas están montadas sobre características cilíndricas anguladas, de 380 micras de diámetro y aproximadamente 1 mm de longitud. Juntas, las características proximales y distales se doblan preferentemente en la dirección de la inclinación cuando se cargan con una fuerza tangencial, logrando una combinación de adhesión direccional y conformación a superficies ásperas. Usando este sistema, un robot de cuatro patas que anteriormente estaba limitado a escalar superficies lisas puede escalar superficies verticales como paneles de madera, metales pintados y plásticos. En superficies más ásperas, el sistema de dos niveles mejora la adhesión en un factor de cinco en comparación con las características de cuña solas. El sistema jerárquico también mejoró la alineación y el rendimiento para tamaños de parches grandes.