Escalade de surfaces verticales rugueuses avec adhésion directionnelle hiérarchique

Des recherches antérieures en biologie et en mécanique ont montré l'importance de la hiérarchie pour la performance des systèmes d'adhésifs secs sur des surfaces rugueuses. Le gecko utilise plusieurs niveaux de hiérarchie qui opèrent à des échelles de longueur allant de millimètres à des centaines de nanomètres afin de manœuvrer sur des surfaces verticales lisses et rugueuses allant du verre à la roche. Le système hiérarchique du gecko remplit deux fonctions principales : il permet la conformabilité à la surface pour une grande zone de contact efficace, et il répartit la charge de manière uniforme parmi les éléments en contact. Nous présentons un nouveau système adhésif directionnel à deux niveaux qui fournit ces capacités pour un robot d'escalade inspiré du gecko. Les caractéristiques distales consistent en des structures en forme de coin avec une largeur de base de 50 µm et une hauteur d'environ 180 µm. Les coins sont montés sur des caractéristiques cylindriques angulaires, de 380 µm de diamètre et d'environ 1 mm de long. Ensemble, les caractéristiques proximales et distales se plient de préférence dans la direction de l'inclinaison lorsqu'elles sont chargées avec une force tangentielle, réalisant une combinaison d'adhésion directionnelle et de conformabilité aux surfaces rugueuses. Grâce à ce système, un robot à quatre pattes auparavant limité à l'escalade de surfaces lisses est capable de grimper des surfaces verticales telles que des panneaux en bois, des métaux peints et des plastiques. Sur des surfaces plus rugueuses, le système à deux niveaux améliore l'adhésion d'un facteur cinq par rapport aux caractéristiques en forme de coin seules. Le système hiérarchique a également amélioré l'alignement et la performance pour des tailles de patchs importantes.