De vingergrote noordelijke schelpvis heeft een van de beste zuignappen ter wereld. Een kleine schijf op zijn buik kan hechten aan natte, slijmerig, zelfs ruwe oppervlakken en kan tot 230 keer zijn eigen lichaamsgewicht dragen.

Een team van de Universiteit van Washington, geïnspireerd door de zuigkracht van de clingfish, begon een kunstmatige zuignap te ontwikkelen die ontleend is aan het ontwerp van de natuur. Hun prototype, beschreven in een paper gepubliceerd op 9 september in het tijdschrift Filosofische transacties van de Royal Society B , presteerde eigenlijk beter dan de clingfish.

"Ik vind het leuk om te zeggen, de natuur is altijd het beste, " zei hoofdauteur Petra Ditsche, die dit werk begon als postdoctoraal onderzoeker bij UW Friday Harbor Laboratories op San Juan Island. "In dit geval, bij het overwegen van hun gehechtheidskracht, onze zuignappen zijn beter."

De zuignappen kunnen nuttig zijn in een aantal industrieën die een sterke maar omkeerbare kleefkracht op ruwe of gestructureerde oppervlakken vereisen. Deze kunnen het taggen van walvissen en andere zeedieren omvatten, het bevestigen van sensoren aan vervuilde wateroppervlakken of het bedienen van onderwatervoertuigen om scheepsrompen schoon te maken. Toepassingen in het ontwerp van douchebakken of industriële verwerking zijn andere interessante toepassingsgebieden voor de bio-geïnspireerde zuignappen, aldus de onderzoekers.

De sleutel tot hun doorbraak met zuignap was het begrijpen hoe de natuurlijke zuigkracht van de clingfish zo effectief werkt, vooral op ruwe oppervlakken die normaal gesproken een gefabriceerde zuignap doen falen.

Clingfish hebben een schijf op hun buik waarmee ze zich met grote vasthoudendheid kunnen vasthouden. De rand van de schijf is bedekt met lagen micro-formaat, haarachtige structuren, in veel verschillende maten. Dit gelaagde effect zorgt voor meer wrijving langs de rand en helpt de vis aan ruwe oppervlakken te kleven. De gehele schijf is flexibel en elastisch, waardoor het zich kan aanpassen en vasthouden aan grof, oneffen oppervlakken.

"Deze vissen zijn zo suggestief in wat ze kunnen doen. Ze kunnen vasthouden aan onregelmatige rotsen bedekt met algen, en je kunt niet iets kopen dat omkeerbaar aan die rotsen blijft plakken, " zei co-auteur Adam Summers, een professor biologie en aquatische en visserijwetenschappen gebaseerd op Friday Harbor Labs. "Ontzettend veel experimenteren en scepticisme hebben ons er uiteindelijk toe gebracht te begrijpen hoe het werkte."

Er zijn ongeveer 110 bekende soorten in de familie van clingfish die over de hele wereld worden gevonden. De bevolking rond de San Juan-eilanden is robuust en gezond. Ze klampen zich vaak vast aan rotsen in de buurt van de kust, en bij eb zijn ze te zien in getijdenpoelen en onder rotsen.

Veel zeedieren kunnen zich sterk aan onderwateroppervlakken hechten - zeesterren, mosselen en anemonen, om er maar een paar te noemen - maar weinigen kunnen zo snel loslaten als de schelpvis, vooral na het genereren van zoveel kleefkracht.

Na meer dan vijf jaar te hebben ontcijferd hoe de zuignappen van clingfish werken, de onderzoekers begonnen met het bouwen van hun eigen prototype, lenen van de innovaties van de natuur.

Het team ontdekte na jaren van laboratoriumtests dat het combineren van verschillende materialen hielp om de kunstmatige zuignappen een stijve structuur te geven die sterk genoeg was om spanning vast te houden. terwijl het ook zacht en flexibel genoeg is om zich aan te passen en vast te houden aan ruwe oppervlakken. Ze vonden ook een manier om de wrijving op de rand van de beker te vergroten.

"Deze combinatie van al deze verschillende aspecten gaf ons uiteindelijk goede resultaten en stelde ons in staat om echt een zuignap te bouwen die zich sterk kan hechten aan ruwe oppervlakken, ' zei Ditsche.

De onderzoekers testten verschillende iteraties van hun zuignapontwerp door ze op een spectrum van ruwe en gladde oppervlakken te plakken, vervolgens trekken totdat elke beker faalde met behulp van een testmachine. Ze deden dezelfde tests met behulp van de natuurlijke zuigschijf van clingfish. Elke keer, de meest geavanceerde kunstmatige beker presteerde beter dan de zuigkracht van clingfish op alle oppervlakken.

Het prototype is klaar om naar de volgende stap te gaan, idealiter in samenwerking met ingenieurs die het concept verder kunnen ontwikkelen met specifieke producten en toepassingen in het achterhoofd, zei Ditsche. Afhankelijk van hoe de kopjes worden gebruikt, factoren zoals temperatuur en blootstelling aan de zon kunnen een verfijning van het ontwerp vereisen.

"Er is begrip van hoe iets werkt. En dan is er begrip hoe het zo goed werkt dat je er echt een kunt maken. Biologie geeft je niet altijd die kans, "Zei Summers. "Dit is echt een ongewone situatie, waar toen we goed in de tijd keken, we realiseerden ons dat we konden nabootsen wat we zagen."