Китайские инженеры создали вакуумную присоску, способную работать даже на сильно шероховатой поверхности. В ее центре винт крутится на большой скорости и разгоняет воду, которая скапливается у стенок вакуумной камеры. Вода заполняет небольшие углубления в поверхности и изолирует внутреннюю зону с отрицательным давлением от внешней среды. Статья с описанием принципа работы устройства и экспериментов с ним опубликована в Physics of Fluids.
Как правило, устройства-присоски работают благодаря созданию отрицательного (относительно атмосферного) давления. Они состоят из полости с открытым краем, который контактирует с поверхностью, и из которого тем или иным образом удаляется часть воздуха. Эта схема крайне проста и часто эффективнее более сложных присосок, например, тех, которые работают благодаря силам Ван-дер-Ваальса по аналогии с лапками гекконов. Однако у вакуумных присосок есть ограничение: они хорошо работают с гладкими поверхностями и плохо справляются с шероховатыми.
Дело в том, что шероховатая поверхность состоит из множества небольших выступов и углублений. И несмотря на то, что мягкие край присоски может немного деформироваться и адаптироваться к этим неровностям, между ним и поверхностью все равно остаются пустоты, через которые просачивается воздух. Из-за этого просачивания в случае пассивной присоски разница давлений достаточно быстро исчезает, а в случае присоски с насосом она может сохраняться, но находится на меньшем уровне, чем если бы поверхность была абсолютно гладкой, то есть ее эффективность падает.
Кайгэ Ши (Kaige Shi) и Синь Ли (Xin Li) из Чжэцзянского университета разработали конструкцию присоску, которая работает за счет насоса, создающего разницу давления, но при этом не теряет эффективность даже на сильно шероховатых поверхностях. В целом инженеры применили классическую конструкцию, а их новшество заключается в том, как они решили компенсировать наличие полостей между краем присоски и шероховатой поверхностью.
В центре присоски располагается винт с электромотором, в верхней части расположен насос для откачки воздуха из рабочей зоны, а на краю установлен насос для подачи воды в эту зону. После того, как присоска прислоняется к поверхности, все компоненты начинают работать: насос подает воду в рабочую зону, мотор с винтом разгоняет ее до скорости около 90 оборотов в секунду, при этом заставляя ее скапливаться на краю камеры, а еще один насос откачивает воздух и создает разницу давлений. Эта разница остается высокой благодаря тому, что вода из-за быстрого вращения не попадает в насос для воздуха, но проникает в пустоты между поверхностью и краем присоски, заполняя их. Таким образом, вода в этой схеме герметизирует камеру присоски и почти не дает воздуху попасть внутрь.
Инженеры создали несколько прототипов присосок, в том числе шестиногого робота. На каждой его ноге находится присоска с силой 500 ньютонов. На ролике можно видеть, что робот массой 16,5 килограммов и грузом массой 11,5 килограммов передвигается вверх по вертикальной стене с кафелем и углублениями между плитками.
Кроме того, разработчики создали пару ручных присосок для подъема по отвесным стенам. Они работают таким же образом, но имеют больший размер и оснащены тросом с площадкой для ноги. На ролике можно видеть, как две такие присоски позволяют человеку подниматься вверх по стене.
Параллельно с разработкой новых типов вакуумных присосок идет процесс разработки и коммерциализации присосок, работающих на основе силы Ван-дер-Вальса. Например, в прошлом году компания OnRobo представила серийный промышленный манипулятор с четырьмя захватами, работающими аналогично лапам гекконов.
Комментарии