E22 Mikro-/Nano-Klebestrukturen

Thema

Diese adhäsive Mikro- und Nanostruktur eines Insekts nutzt im Allgemeinen ein bestimmtes biomechanisches Grundprinzip: Die Aufteilung der Kontaktfläche in mehrere kleinere Kontakte erhöht die Gesamthaftung des Insekts und folgt damit einem günstigen Skalierungsgesetz zwischen der Anzahl der Borsten (wie in einem anderen Modell dieser Anordnung beschrieben) und der Gesamtkraft, die diese Borsten ausüben.

Dieses Prinzip der geteilten Kontaktfläche, mit dem dieses Dokument eingeleitet wurde, wurde von Arzt, Gorb und Spolenak quantifiziert.

Die Flexibilität dieser Borsten – derselbe Euler-Bernoulli-Balken, der ein anderes Modell dieser Anordnung auf den Vibrissen eines Landsäugetiers beschreibt – ermöglicht es den Borsten, sich einer rauen Oberfläche anzupassen und so die Kontaktfläche zwischen den Borsten und dieser Oberfläche zu maximieren.

Es besteht jedoch ein letzter Kompromiss zwischen der Flexibilität dieses Pilzes, mit der dieser Absatz begann, und seiner Stabilität: Ein übermäßig flexibler Pilz neigt dazu, sich mit einem benachbarten Pilz zu verklumpen, entweder durch ein allmähliches Zusammenfallen aufgrund von Kapillarwirkung oder durch Van-der-Waals-Kräfte, die ein anderes Modell für diese Anordnung schaffen und somit die maximale Pilzdichte begrenzen, die das Insekt noch tragen kann. Ist der Pilz dieses Insekts noch flexibler, ist diese Tendenz zur Verklumpung mit einem benachbarten Pilz noch ausgeprägter.

Derselbe hierarchische Aufbau, dessen Struktur sich in verschiedenen Maßstäben wiederholt – wie beim Bein eines Geckos und dem Bein einiger Käfer –, optimiert wiederum diesen letzten Kompromiss zwischen Flexibilität und Stabilität, mit dem dieser Absatz begann.

Dieses Modell, das die Kontaktfläche in mehrere kleinere Kontakte unterteilt, ermöglicht es daher, mithilfe der Griffith- und Hertz-Sneddon-Gleichungen zu beschreiben, wie die endgültige Haftung jedes dieser kleineren Kontakte von der endgültigen Grenzflächenbruchzähigkeit und der endgültigen Steifigkeit des Materials an diesem Kontakt abhängt. Die Tatsache, dass das Material dieses kleineren Kontakts noch steifer ist, bedeutet, dass die endgültige Haftung dieses Kontakts gemäß den Griffith- und Hertz-Sneddon-Gleichungen, die diesem Modell zugrunde liegen, entsprechend geringer ist.

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