Mocniejsza taśma stworzona dzięki sztuce cięcia
Virginia TechTaśma klejąca spełnia wiele funkcji; od szybkiego mocowania sprzętu AGD po niezawodne uszczelnienie przesyłki pocztowej. W przypadku użycia taśmy z mocnym wiązaniem usunięcie jej może być możliwe tylko poprzez skrobanie i podważanie rogów taśmy, w desperackiej nadziei na to, że kawałki powierzchni nie oderwą się wraz z nią. Ale co by było, gdyby stworzyć kleje zarówno mocne, jak i łatwe do usunięcia? Ta pozornie paradoksalna kombinacja właściwości może radykalnie zmienić zastosowania robotów do chwytania, urządzeń ubieralnych do monitorowania stanu zdrowia oraz produkcji na potrzeby montażu i recyklingu. Zespół Michaela Bartletta z Virginia Tech zaadaptował kirigami, japońską sztukę cięcia papieru, do metody zwiększania przyczepności zwykłej taśmy.
Taśmy klejące zostały po raz pierwszy opracowane w latach dwudziestych XX wieku, aby zaspokoić zapotrzebowanie lakierników samochodowych, którzy chcieli lepszych opcji malowania karoserii w dwóch kolorach. Od czasu wprowadzenia do użytku pierwszej taśmy maskującej powstało wiele jej odmian. Fabryki wypuściły niewidoczną taśmę do pakowania prezentów, taśmę elektryczną do osłaniania przewodów i taśmę klejącą do zastosowań, o których wcześniej nawet nie myślano.
Zwykle, gdy taśmy są odklejane, rozdzielają się w linii prostej wzdłuż długości paska, aż do całkowitego usunięcia taśmy. Silne kleje są trudniejsze do odklejenia, podczas gdy kleje wielokrotnego użytku sprzyjają separacji ograniczającej wytrzymałość. Zespół Bartletta wysunął teorię, że gdyby ścieżka rozdzielania była kontrolowana, być może kleje mogłyby być zarówno mocne, jak i relatywnie łatwo usuwalne. Do pracy zainspirowało ich kirigami.
Inspiracja w sztuce
Forma sztuki kirigami, poprzez składanie i cięcie, może przekształcić płaską kartkę papieru w kształt, a nawet trójwymiarowy przedmiot. Dzieci często wykorzystują podstawową formę tej metody podczas tworzenia papierowych płatków śniegu.
Ale zespół badawczy robił coś więcej niż płatki śniegu. Ze względu na pomysłowe pochodzenie kirigami, metoda ta zapewniła ramy do tworzenia plastrów lub nacięć w poprzek kleju. Zespół Bartletta wykorzystał te zasady do opracowania serii cięć w kształcie litery U.
— Zdaliśmy sobie sprawę, że stosując nacięcia, możemy kontrolować sposób oddzielania się kleju — powiedział Bartlett. — Inżynieryjne cięcie może zmusić ścieżkę rozdzielania kleju do cofnięcia się w określonych miejscach, co nazywamy odwrotną propagacją pęknięć, dzięki czemu klej jest bardzo mocny. Ale obierając w przeciwnym kierunku, zawsze idzie do przodu, co ułatwia jego usunięcie. To dość niezwykłe zachowanie, ale bardzo przydatne jest wytwarzanie mocnych, ale dających się oddzielić klejów.
Zespół Bartletta, w skład którego wchodzili również profesor nadzwyczajny Rong Long z University of Colorado Boulder i adiunkt Eric Markvicka z University of Nebraska Lincoln, odkrył, że zastosowanie nacięć wzmocniło wiązanie taśmy o współczynnik 60, jednocześnie umożliwiając łatwe usuwanie przez obieranie w przeciwnym kierunku. Zespół odkrył również, że rodzaj taśmy nie ma znaczenia. Kirigami zwiększył przyczepność każdego rodzaju testowanych taśm, od taśm opakowaniowych po taśmy medyczne. We wszystkich przypadkach mocne wiązania klejowe stają się jeszcze mocniejsze, a zwykle słabsze kleje również stają się mocniejsze.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Innym interesującym wynikiem tego podejścia jest to, że można je w dużym stopniu dostosować.
– Umieszczając nacięcia w określonych miejscach, możemy aktywować tę odwrotną propagację pęknięć, aby dostosować siłę przyczepności w dowolnym miejscu folii, a ponadto umożliwia to programowanie siły przyczepności w dwóch kierunkach jednocześnie w jednym obszarze folii. Stosujemy również podejście do szybkiego cyfrowego wytwarzania, dzięki czemu możemy szybko tworzyć wysoce konfigurowalne kleje o regulowanej sile. To bardzo ciekawa metodologia – powiedział Bartlett.
Taśma przyszłości
W teście zastosowań zespół nałożył ten sam rodzaj taśmy na dwa kartonowe pudełka, zaklejając je tak, jak w przypadku wysyłki. Na jednej z taśm zastosowano nacięcia kirigami, a na drugiej nie. Następnie badacze upuścili cegłę na wieko każdego pudełka. W przypadku niezmienionej taśmy wiązanie zostało zerwane po dwóch upadkach. Zmieniona taśma wytrzymała upadki, a przy trzeciej próbie cegła nawet odbiła się od pokrywy.
– To był bardzo ciekawy wynik – powiedział naukowiec Chanhong Lee. – Możemy użyć zwykłych taśm pakowych i wzmocnić je tam, gdzie to konieczne, ale nadal pozwalamy na ich oderwanie.
– Często zdarza się, że wiązania klejowe są mocniejsze, ale trudniejsze do usunięcia – powiedział Bartlett. – Często zdarza się również, że te wiązania są mniej mocne, ale łatwe do usunięcia. Wyzwaniem jest uczynienie ich zarówno mocniejszymi, jak i łatwymi do usunięcia. I właśnie to osiągnęliśmy.
Źródło: Virginia Tech
