Diseño y modelización de un adhesivo basado en el gecko

Resumen

La naturaleza ha sido siempre fuente de inspiración para la ingeniería. Y en este proyecto, se va a desarrollar un adhesivo inspirado en el gecko con el fin de aprovechar sus cualidades de fácil pegado y despegado con fuerzas de adhesión elevadas, del orden de 1 N/cm2 . Hace más de 2300 años, Aristóteles ya hablaba de la gran capacidad de los geckos de adherirse y trepar fácilmente a los árboles incluso boca abajo. Pero no fue hasta hace poco que se ha descubierto la explicación a por qué se da este fenómeno. Los dedos de los geckos están formados por almohadillas con miles de microfibras con forma de espátula, que se adhieren a las superficies por efecto predominante de las fuerzas intermoleculares de Van Der Waals. Estas espátulas tienen un tamaño del orden de los 40 nm de diámetro y 1 μm de largo, con una estructura anisótropa que maximiza el área de pegado al adherirse y lo minimiza en el despegado. Las fuerzas de Van Der Waals se modelan a través del potencial de Lennard-Jones, que representa la interacción entre dos moléculas separadas una distancia r. En la representación gráfica del potencial de Lennard-Jones se observa un punto de equilibrio en r0 donde las fuerzas de atracción y repulsión se compensan. Para distancias mayores que r0, se obtienen fuerzas intermoleculares de atracción, mientras que para distancias menores a r0, prima el principio de exclusión de Pauli y las fuerzas serán de repulsión, tendiendo al infinito cuando la distancia es nula. La fuerza superficial se obtiene a partir del potencial y particularizando la ecuación al problema. Cabe destacar que las fuerzas de Van Der Waals son fuerzas volumétricas, pero se considerarán superficiales actuando en la cara de pegado como aproximación para simplificar el problema, ya que las fuerzas son prácticamente nulas en el resto del volumen. El adhesivo se diseña siguiendo la morfología de las espátulas del gecko, pero con una geometría más simple para facilitar su fabricación. Cada una de las fibras del adhesivo estará compuesta por un prisma triangular y un cabezal con forma de paralelepípedo inclinados 15º, con una densidad superficial de 600 fibras por milímetro cuadrado para garantizar un apilamiento óptimo en el pegado. La composición del adhesivo se elige en función de las propiedades requeridas. Se busca que el material tenga propiedades elásticas, para adaptarse a la superficie de adhesión, y resistente, para que las fibras puedan aguantar las fuerzas de adhesión. Además, se buscará un desgaste bajo para que el adhesivo pueda ser usado el mayor número de veces sin perder sus propiedades.