NIMS, HUE en HUSM hebben een methode ontwikkeld om gemakkelijk en goedkoop een hechtende structuur te produceren die herhaaldelijk kan worden bevestigd en losgemaakt. Het ontwerp van deze structuur is geïnspireerd op de klevende spatelvormige haren (setae) die te vinden zijn op de voetzolen van vliegen, terwijl de methode om het te produceren werd gesuggereerd door seta-vorming in vliegenpoppen. Deze milieuvriendelijke technologieën kunnen mogelijk bijdragen aan een duurzamere samenleving.

Veel soorten vervaardigde producten zijn versterkt met sterke lijmen. Echter, het gebruik van deze lijmen belemmert recyclingprocessen (d.w.z. sorteren en ontleden), het tegengaan van inspanningen om een ​​circulaire economie te bevorderen. Om deze reden, adhesieve technologieën die in staat zijn tot herhaalde bevestiging en onthechting zijn ontworpen en ontwikkeld. De biomimetische benadering van de ontwikkeling van hoogwaardige adhesieve technologieën is gericht op het imiteren van uitgebreide adhesieve structuren die worden aangetroffen in levende organismen. Echter, deze aanpak is vaak kostbaar, omdat het het gebruik van MEMS (micro-elektromechanische systemen) vereist om complexe structuren te creëren.

Deze onderzoeksgroep richtte zich op biologische adhesieve structuren (bijv. insectenvoetjes) waarvan bekend is dat ze bij kamertemperatuur op een energiezuinige manier worden gevormd. De groep ontwikkelde adhesieve structuren en efficiënte methoden om ze te creëren door biologische processen na te bootsen. In dit onderzoeksproject wordt de groep richtte zich specifiek op de lijm, spatelvormige setae die groeien op voetzolen van vliegen als model voor de ontwikkeling van hechtende structuren die herhaaldelijk kunnen worden bevestigd aan en losgemaakt van objecten. De groep observeerde het biologische proces waarmee de setae worden gevormd in popfruitvliegen (Drosophila melanogaster) door vliegenpoten te kleuren voor immunohistochemische analyse en cytoskeletactine te labelen met fluorescerende kleurstoffen. Als resultaat, de groep ontdekte dat adhesieve spatelvormige voetzoolsetae worden gevormd in een eenvoudig tweestapsproces:(1) seta-vormende cellen worden langwerpig en cytoskelet-actinefilamenten in de cellen hopen zich op aan de distale uiteinden van de langwerpige cellen, vormen de spatelachtige kaders, en (2) cuticula-afzettingen vormen zich op de oppervlakken van de setae, ze te verstevigen. De groep slaagde er toen in een soortgelijk, eenvoudig proces in twee stappen om bij kamertemperatuur een klevende spatelstructuur te vervaardigen door (1) nylonvezels uit te rekken om een ​​spatelstructuur te vormen en (2) deze te laten stollen. Er werd bevestigd dat de kleefkracht van de structuur en het gemak van losraken variëren, afhankelijk van de richting waarin het wordt weggetrokken van het object waaraan het is bevestigd - vergelijkbaar met de mechanismen die insecten gebruiken om zich aan/van objecten te hechten of los te maken. Een enkele spatelvezel is sterk genoeg om er een siliciumwafel van 52,8 g aan op te hangen. Hieruit extrapoleren, een bundel van 756 vezels (9 cm ² in dwarsdoorsnede) kan worden verwacht om een ​​persoon te ondersteunen die 60 kg weegt.

Deze lijmstructuur, in staat tot herhaalde gehechtheid en onthechting, kan een verscheidenheid aan nieuwe robottoepassingen bieden. Bijvoorbeeld, het kan worden geïntegreerd in de armen van industriële robots om hen in staat te stellen gladde voorwerpen beter te hanteren, en het kan worden verwerkt in de poten van buitenrobots, zodat ze als insecten op verticale muren kunnen klimmen. De herbruikbare zelfklevende structuur en de lage kosten, energiezuinige productiemethoden zijn milieuvriendelijke technologieën die mogelijk kunnen bijdragen aan de verduurzaming van de samenleving.

Dit onderzoek is gepubliceerd in Communicatiebiologie , een open access tijdschrift, op 29 mei, 2020.