靈長類指紋為靈感 興大材料系開發新穎仿生材料

▲▼    靈長類指紋為靈感 興大材料系開發新穎仿生材料     。(圖/中興大學提供)

▲中興大學材料系助理教授薛涵宇開發出新穎的濕式釋放誘導皺褶生成技術。(圖/中興大學提供)

記者崔至雲/台北報導

從靈長類的指紋獲得靈感,中興大學材料系助理教授薛涵宇投入四年時間,開發出新穎的濕式釋放誘導皺褶生成技術,可製成具同心圓皺褶排整的仿指紋塗層,此材料應用於乾式黏著具有可重複使用、表面自清潔、柔軟、耐用與全角度黏著等特性,未來可應用在仿生皮膚、乾式黏著元件與抗菌/抗藻塗層等,具高度應用潛力,並於日前榮獲興大懷璧獎肯定。

目前學界針對智能機器人皮膚科學的研究,多半集中在電訊號傳遞或是環境應答等類神經網絡研究,對於仿生皮膚表面結構對物性的影響著墨甚少,薛涵宇的研究主要在於以獨創的濕式釋放製程去模仿並製備仿指紋的排列,進而探討不同皺褶排整對表面摩擦力的影響。獨特創新的研究成果為仿生材料開發揭示了嶄新的方向。

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薛涵宇表示,開發靈感源自於天冷戴手套拿取蘋果時,發現手套上平行排列的橡膠止滑條,雖有助於縱向的止滑,但卻無法橫向止滑;反觀靈長類獨有的指紋結構,多半會呈現同心圓狀,這有助於全角度的摩擦力表現,讓靈長類的手指更能適應不同的環境與施力需求。此外,抓取時,指紋可預留多餘的皮膚表面積,以應付抓握時產生的型變,避免抓握時產生過大的局部應力累積,導致皮膚拉扯破裂,同時指尖的皺褶結構亦可幫助表面排水,有助於水中抓撈物品,以及攀爬濕滑表面。

▲▼    靈長類指紋為靈感 興大材料系開發新穎仿生材料     。(圖/中興大學提供)

▲中興大學材料助理教授系薛涵宇(中)與研究室團隊合影。(圖/中興大學提供)

他表示,現階段製備微米級表面溝槽結構的方法很多,如微機電製程,但多半需要昂貴的高真空環境與設備,相對耗時且無法製備大範圍皺褶型態,不利於工業化應用。此外,用微機電製程所得到的溝槽,其溝槽形貌為長方體,尖銳的邊角容易在多次使用下變形毀損。而其所開發的製程,可得到如波浪般圓潤且低深寬比的皺褶型態,此型態可承受多次使用而不易毀損,更重要的,自發生成的類同心圓之回字形皺褶排整,與靈長類指紋相似,這是其他製程很難得到的表面型態。實驗結果也證明,回字形皺褶排整的確有助於表面黏著特性的增強,具備全角度的黏著行為而無死角,該研究已刊登於美國化學學會應用材料與界面期刊(ACS Applied Materials & Interfaces),並獲選為當期補充封面故事。

透過此套製程,團隊已開發出高分子材料組成的皺褶表面、多孔皺褶陶瓷表面、超疏水皺褶表面等各種新穎仿生材料。多孔皺褶陶瓷因具有親水性及較佳的環境抗性,可實際運用於細胞排整、微流控芯片、胎紋排水、防眩光結構和光電元件;超疏水皺褶表面,具防污與自清潔等功用,可運用於抗菌塗層、水中抗藻與金屬防蝕。

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