Camminare come un ... geco?
Le suole degli animali come modello per un polimero che aderisce al ghiaccio
Una soluzione alle lesioni causate da scivolate e cadute potrebbe essere trovata sotto i piedi - letteralmente. Le piante dei piedi dei gechi sono dotate di meccanismi idrofili (amanti dell'acqua) che consentono ai piccoli animali di muoversi facilmente su superfici umide e scivolose. I ricercatori riferiscono in ACS Applied Materials & Interfaces di aver arricchito la gomma siliconica con nanoparticelle di zirconio per creare un polimero antiscivolo ispirato ai gechi. Il materiale, che aderisce al ghiaccio, potrebbe essere incorporato nelle suole delle scarpe per ridurre le lesioni nell'uomo.
Secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità, le scivolate e le cadute sono responsabili di oltre 38 milioni di infortuni e 684.000 morti ogni anno. E quasi la metà di questi incidenti avviene sul ghiaccio. Le attuali suole antiscivolo delle scarpe si basano su materiali come la gomma naturale, che respingono lo strato liquido d'acqua presente sul pavimento in una giornata di pioggia. Tuttavia, sui marciapiedi ghiacciati, le suole delle scarpe con questi materiali possono far sciogliere il ghiaccio sotto la pressione di chi le indossa, creando la superficie scivolosa da cui le scarpe dovrebbero proteggersi.
Studi precedenti sulle zampe dei gechi hanno portato a nuove idee per lo sviluppo di polimeri antiscivolo più efficaci. In questo lavoro si è scoperto che l'adesività delle piante dei piedi deriva da un'adesione idrofila e capillare: la forza dell'acqua aspirata in strette scanalature nella pianta del piede crea un'aspirazione che aiuta la lucertola a navigare su superfici scivolose. Vipin Richhariya, Ashis Tripathy, Md Julker Nine e colleghi volevano sviluppare un polimero con adesione capillare potenziata che funzionasse su marciapiedi piovosi e superfici ghiacciate.
I ricercatori sono partiti da un polimero di gomma siliconica e hanno aggiunto nanoparticelle di zirconia per far sì che il materiale attraesse le molecole d'acqua. Dopo aver laminato il materiale composito in una pellicola sottile, lo hanno polimerizzato con il calore e hanno usato un laser per bruciare un modello di scanalatura sulla superficie della pellicola, esponendo le nanoparticelle di zirconio idrofile. Quando la pellicola ha incontrato le molecole d'acqua sul ghiaccio, si è attaccata alla superficie scivolosa perché il polimero imitava l'azione capillare delle suole antiscivolo dei piedi di geco. Sono state testate cinque versioni del materiale nanocomposito modellato con diversi pesi di nanoparticelle di zirconio: 1%, 3%, 5%, 7% e 9%.
Utilizzando la spettroscopia a infrarossi e test di attrito simulati, i ricercatori hanno scoperto che i nanocompositi più resistenti allo scivolamento contenevano il 3 e il 5 per cento di nanoparticelle di zirconio in peso. Oltre a una suola per scarpe antiscivolo ispirata alla natura, il team afferma che questa tecnologia potrebbe essere utilizzata anche per innovazioni mediche come la pelle elettronica e la pelle artificiale, dove i polimeri interagiscono con uno strato di liquido tra due superfici diverse.
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