Инженеры Технологического института Карлсруэ вдохновлялись кожей змеи, чтобы разработать новый высокопрочный материал, обеспечивающий снижение трения на 40%.
Биологи уже давно изучают кожу змей и ящериц. Она привлекает их тем, что обеспечивает снижение трения во время движений животного. Более того, кожа рептилий устойчива к износу, особенно в сухих, пыльных или песчаных условиях.
Доктор Кристиан Грайнер (Christian Greiner) и его команда использовали лазер, чтобы вытравить на поверхности стального листа текстуру змеиной кожи. Затем учёные проверили, какое трение создаётся, если лист вступает в контакт с другими поверхностями.
Узоры, выполненные на листах 7,5 миллиметра в диаметре, были имитацией овальных чешуек змеи. Длина каждой искусственной овальной чешуйки составляла 50 мкм, и она выступали над поверхностью примерно на 5 мкм. Инженеры создали два рисунка: у одного чешуйки располагались друг от друга на некотором расстоянии, у второго — немного наслаивались друг на друга.
В сухих условиях, то есть без масла или какой бы то ни было иной смазки, при волочении по сапфировой поверхности с некоторым нажатием созданная учёными "кожа рептилии" продемонстрировала гораздо меньшее трение, нежели гладкая стальная поверхность. Разница составила 40% в случае первого рисунка и 22% в случае второго.
"Даже если бы нам удалось снизить трение всего на 1%, наши коллеги-инженеры пришли бы в восторг, – говорит доктор Грайнер. — Минус 40% — это большой шаг вперёд, и все мы очень рады такому достижению".
Инженеры полагают, что их технология может найти широкое применение в механических устройствах, созданных в микро- или наномасштабе (компьютерных жёстких дисков, антиблокировочной системе тормозов, акселерометров мобильных телефонов). Новые поверхности такого рода могут повысить надёжность механических компонентов машин, в частности, высокоскоростных автомобилей (например, болидов "Формулы-1").
Также создатели рассчитывают, что "змеиная кожа" найдёт применение и при изготовлении высокочувствительного научного оборудования, в том числе датчиков, установленных в синхротронах, а также в любом другом месте, где инженерная задача заключается в дальнейшей миниатюризации движущихся частей.
Исследователи видят потенциал такого рода поверхностей и в робототехнике — при проектировании роботов, которые будут работать в пыльных средах на Земле или даже в космосе.
В настоящий момент команда доктора Грайнера создала материал, который уменьшает трение в двух направлениях, но в их ближайших планах — разработать поверхность, уменьшающую трение лишь в одном направлении (такая поверхность должна сопротивляться обратному движению).
Доктор Грайнер добился определённого прогресса при использовании полимеров, которые ещё лучше имитируют кожу змеи, чем сталь. Однако эта научная работа ещё не завершена и даже не запланирована для публикации.
Любопытно, что проблема искусственной кожи змеи заключается в том, что она гораздо хуже работает в среде, где присутствует масло или другая смазка. Трение становится в 3 раза больше, чем при работе с гладкой поверхностью.
Однако Грайнер утверждает, что для него это не стало сюрпризом, так как его команда черпала вдохновение, изучая королевского питона и ящериц вида Scincus scincus, а эти виды проживают в сухих условиях и не выделяют никакой жидкости для улучшения скольжения собственной кожи.
Научная статья, описывающая нынешнее достижение исследователей, была опубликована в издании Bioinspiration & Biomimetics.
