Gecko-Effekt
Von der Natur in die Industrie

Adhäsive Haftsysteme nach dem Vorbild der Natur

Evolution wird zu revolutionären technischen Designs

Die Gecomer® Technologie ist das Ergebnis mehrfach ausgezeichneter Grundlagenforschung über die höchsten Haftfähigkeiten in der Natur. Die Pionierarbeiten von Prof. Eduard Arzt und seinen Gruppen am Max-Planck-Institut für Metallforschung sowie am Leibniz-Institut für Neue Materialien haben die Übertragung auf Laborproben erfolgreich demonstriert.

Nahaufnahme eines Geckofußes

Mit Hilfe von Reinraumtechnik und Computersimulationen haben wir eigene, patentgeschützte Oberflächenarchitekturen entwickelt, die reversibel auf verschiedenen Materialien und Objekten haften. Die Haft- und Ablöseleistung ist durch Material, Topographie und Miniaturisierung auf die Anforderungen in einem industriellen Umfeld zugeschnitten.

Bioinspirierte, künstliche Haftstrukturen sind die Grundlage der Gecomer® Technologie. Sie werden aus Spezialpolymeren hergestellt und mittels numerischer Simulationen optimiert.

Gecko-inspirierte Spezialpolymere für industrielle Anwendungen

Gecko-Effekt

Feinstrukturierte, haarige („fibrilläre“) Haftorgane ermöglichen Geckos eine temporäre und steuerbare Haftung auf verschiedensten Oberflächen.

Aber wie kann eine Haltekraft ohne externe Mechanismen wie elektrischen oder magnetischen Feldern, Unterdruck oder rückstandsbehafteten Adhäsiven erzeugt werden?

Das Grundprinzip von mikroskopischen Trockenhaftsystemen beruht auf der Beobachtung, dass mikrostrukturierte Oberflächen typischerweise eine höhere Haftung aufweisen als unstrukturierte, flache Klebstoffe. Dies wird als Prinzip der Kontaktaufspaltung bezeichnet. Bei einer gegebenen Fläche wird die Haftwirkung umso größer, in je mehrere, kleinere Punktflächen diese Gesamtfläche aufgeteilt wird. Auf dieser Mikro- und Nanoskala dominieren Oberflächeneffekte, die sogenannten van-der-Waals-Wechselwirkungen. Diese schwachen, zwischenmolekularen Wechselwirkungen entstehen temporär auf atomarer Skala zwischen zwei polarisierbaren Molekülen, ohne die Materialeigenschaften der jeweiligen Partner zu verändern.

Pick and Place

Anheben des Bauteils

Zum Anheben des Bauteils werden die Säulen der Haftstruktur sanft auf die Bauteiloberfläche gedrückt. Durch den Kontakt beider Flächen wirken die Van-der-Waals-Kräfte und das Bauteil kann sicher gehandhabt werden.

Anheben durch sanftes Andrücken

Ablegen des Bauteils

Zum Ablegen des Bauteils wird die Kontaktfläche verringert, beispielsweise durch kurzzeitiges Knicken der Säulen. Die Van-der-Waals-Kräfte verlieren ihre Wirkung und das Bauteil wird gelöst.
Mehrere Ablösemechanismen können genutzt werden:

Ablegen des Bauteils durch Drücken („Buckling“) – zum Patent angemeldet

Ablegen des Bauteils durch Schieben

Ablegen des Bauteils durch Rotieren

Publikationen

Publikation von INNOCISE

Hochsensible Haftung

Ein synthetisches, reversibles Haftsystem nach dem Vorbild des Gecko-Fußes überzeugt insbesondere beim Microhandling. Das bioinspirierte Wirkprinzip lässt empfindliche Oberflächen intakt und ist ressourcenschonend und ohne Größeneinschränkung einsetzbar.

Die Industriegesellschaft befindet sich im Wandel von standardisierten Produkten hin zu immer individuelleren, auf die Kundenwünsche angepassten Produkten. Der zunehmende Grad an Automatisierung und Miniaturisierung, der heute zur Wirtschaftlichkeit von Unternehmen beiträgt, steht im Kontrast zur vermehrt geforderten Flexibilität und Individualität von Produkten. Die Handhabungstechnik spielt hier eine zentrale Rolle.

Publikation von INNOCISE

Publication of the INM – Leibniz Institute for New Materials

Engineering Micropatterned Dry Adhesives: From Contact Theory to Handling Applications

Reversible adhesion is the key functionality to grip, place, and release objects nondestructively. Inspired by nature, micropatterned dry adhesives are promising candidates for this purpose and have attracted the attention of research groups worldwide. Their enhanced adhesion compared to nonpatterned surfaces is frequently demonstrated. An important conclusion is that the contact mechanics involved is at least as important as the surface energy and chemistry. In this paper, the roles of the contact geometry and mechanical properties are reviewed. With a focus on applications, the effects of substrate roughness and of temperature variations, and the long‐term performance of micropatterned adhesives are discussed. The paper provides a link between the current, detailed understanding of micropatterned adhesives and emerging applications.

Publication of the INM – Leibniz Institute for New Materials