ทีมวิศวกรค้นพบวิธีติดวัสดุแข็งและอ่อนเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนาโดยไม่ต้องพึ่งกาว แกะออกได้ง่าย ไม่ทำลายพื้นผิว หวังสนับสนุนการพัฒนาหุ่นยนต์กึ่งชีวภาพ การปลูกฝังวัสดุชีวการแพทย์ และแบตเตอรี่

ทีมวิจัยด้านวิศวกรรมเคมีและชีวการแพทย์ มหาวิทยาลัยแมริแลนด์ สหรัฐอเมริกา ค้นพบวิธีการติดวัสดุแข็งและอ่อนนุ่มเข้าด้วยกันแบบไม่ต้องใช้กาว โดยอาศัยเทคนิคการยึดเกาะด้วยไฟฟ้า (Electroadhesion: EA) ข้อมูลตีพิมพ์ล่าสุดในวารสาร ACS Central Science แสดงให้เห็นว่า การจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับวัสดุบางประเภทกระตุ้นให้เกิดพันธะเคมี ยึดเหนี่ยววัตถุสองชนิดเข้าด้วยกัน และเมื่อสลับทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า สามารถแยกออกจากกันได้อย่างง่ายดาย

ปัญหาที่มักพบในการใช้กาวชนิดต่าง ๆ ยึดติดวัตถุสองเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนา คือ ไม่สามารถแยกออกจากกันได้อีก หรือหากแยกได้ก็จะทำให้เกิดความเสียหาย ที่ผ่านมาทีมวิจัยพบว่า เทคนิคการยึดเกาะด้วยไฟฟ้าช่วยทำให้วัสดุแบบอ่อนนุ่มหรือที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบ เช่น ไฮโดรเจล มะเขือเทศ หรือเนื้อไก่ สองชนิดที่ชาร์จให้มีขั้วไฟฟ้าต่างกันยึดติดกันได้ดี ในงานวิจัยนี้จึงศึกษาต่อว่า เทคนิคดังกล่าวจะยังใช้ได้ผลกับการยึดวัสดุแบบนุ่มและแบบแข็งอย่างกราไฟต์เข้าด้วยกันหรือไม่

การทดสอบเริ่มจากลองยึดติดขั้วไฟฟ้าทำจากกราไฟต์เข้ากับเจลอะคริลาไมด์ (Acrylamide) โดยป้อนแรงดัน 5 โวลต์เข้าไประหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสองขั้ว (ขั้วบวกและขั้วลบ) ประมาณ 2-3 นาที พบว่าทำให้เจลยึดติดกับขั้วบวกได้ พันธะเคมีที่ยึดเหนี่ยววัตถุทั้งสองนั้นค่อนข้างมีความแข็งแรง ก่อนที่นักวิจัยจะแยกเจลออกจากขั้วไฟฟ้าได้ แผ่นเจลก็ถูกดึงขาดไปแล้ว แต่เมื่อลองสลับทิศทางการป้อนแรงดัน สามารถแยกเจลออกจากกราไฟต์ได้อย่างง่ายดาย และเจลจะยึดติดกับอีกขั้วหนึ่งซึ่งถูกสลับให้เป็นขั้วบวกแทน

นอกจากนี้ยังได้ทดลองกับวัสดุที่หลากหลาย ทั้งโลหะชนิดต่าง ๆ เจลที่มีองค์ประกอบแตกต่างกัน ตลอดจนเนื้อเยื้อของสัตว์ ผักและผลไม้หลากหลายชนิด ทำให้ระบุได้ว่า การยึดเกาะด้วยไฟฟ้าจะเกิดขึ้นได้เมื่อวัสดุแข็งมีการนำไฟฟ้า และวัสดุอ่อนนุ่มมีไอออนของเกลือเป็นส่วนประกอบ การแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนระหว่างกันทำให้เกิดพันธะเคมีหรือแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมขึ้น กล่าวคือ โลหะบางชนิดที่ยึดอิเล็กตรอนไว้อย่างเหนี่ยวแน่น เช่น ไททาเนียม และผลไม้ที่มีสัดส่วนน้ำตาลมากกว่าเกลือ เช่น องุ่น จะไม่สามารถทำให้เกิดการยึดเกาะทางไฟฟ้าได้ดีนัก และการทดลองสุดท้ายยืนยันว่าการยึดเกาะด้วยไฟฟ้ายังคงได้ผลเช่นเดียวกันเมื่ออยู่ใต้น้ำ ทีมวิจัยหวังว่าการค้นพบเทคนิคนี้จะสนับสนุนการพัฒนาแบตเตอรี่ การสร้างหุ่นยนต์กึ่งชีวภาพ เพิ่มประสิทธิภาพการปลูกฝังอุปกรณ์ชีวการแพทย์ ตลอดจนการประยุกต์ใช้งานด้านอื่น ๆ อีกมากมาย

แหล่งที่มาของข่าว

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscentsci.3c01593

https://www.sciencedaily.com/releases/2024/03/240313135450.htm