米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）功能化学研究部[研究部主任北本大]动态功能材料组研究组组长尾野拓也和AIST特别研究员铃木浩介开发了一种复合材料，可以轻松且显着地改变其表面的摩擦力。这种复合材料在橡胶表面嵌入了编织物，当从外部压缩时，橡胶表面的摩擦力瞬间下降到约1/10。压缩生产的橡胶皱纹结构结合织物纤维的结构变化，表面形状发生显着变化。因此，与物体的接触面积发生变化，摩擦力发生变化。
机器人手和人类接触或抓握的物体表面的抓握性能需要符合目的的摩擦特性，对表面材料及其凹凸形状的研究和开发已成为一个重要问题。此次开发的复合材料结构简单，在表面附近嵌入了编织物，因此可以通过廉价且简单的方法来生产，并且有望用作通过简单压缩即可根据情况改变抓地性能的表面材料。
这项研究的详细结果发表在2016年6月24日（日本时间）英国化学会杂志上软物质
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| 可以轻松改变表面摩擦力的复合材料 |
现有的表面构件表现出独特的摩擦特性，这取决于构件的化学性质、物理性质例如硬度和微观形状。因此，需要根据用途来选择材料并加工成最佳形状。例如，机器人手和传送带的表面、工具、运动器材和文具的握持面、汽车和房屋的内部等人类接触的表面根据用途使用材料和凹凸结构。
在某些应用中，需要根据情况极大地改变摩擦特性，但目前这可以通过使用特定的形状或材料，或者暂时用另一种材料代替表面材料本身来实现。 （例如，戴上手套或更换汽车轮胎）。另一方面，看看生物，壁虎的脚底有一种微观的毛发状结构，经过修饰，既具有很强的粘合强度，又能够轻松去除。换句话说，改变形状摩擦学改变特征。然而，这种可逆地发生结构变化的表面材料很少见，尚未投入实际使用，因此人们期待创造能够显着改变摩擦性能的表面材料和新的应用。
AIST一直在研究和开发可以可逆地改变结构的表面结构，即皱纹结构自组织我们进行了功能性表面的研发。这次，我们利用迄今为止积累的皱纹结构形成技术，开发了一种可以显着改变其摩擦特性的表面材料。
这项研究和开发得到了科学研究补助金（生物规范工程，教育、文化、体育、科学技术部）的部分支持。
为了开发一种在压缩下摩擦力在平坦表面和皱纹表面之间变化较大的复合材料，我们开发了一种机织织物（平纹编织) 我们决定使用片材和硅橡胶。将编织布片置于硅橡胶基材表面，将液体硅橡胶(PDMS)并在压力下固化的简单方法制造了在表面附近嵌入有织物片的复合材料。当从侧面沿织线方向对其进行压缩时，嵌入的机织物片在某一点开始弯曲，形成间距均匀的皱纹结构（图 1）。最初，这种材料的表面几乎是平坦的，但当压缩变形量超过约3%时，就会出现周期约为07毫米的皱纹结构。当压缩变形恢复到0%时，这种皱纹结构消失，表面恢复到原来的平坦状态，表明压缩引起的结构变化是可逆的。
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| 图1 可以轻松改变表面摩擦力的复合材料 摩擦系数是根据30-200 mN负载范围内摩擦力的平均值计算得出的值。皱纹之间的距离约为 07 毫米，纺织线之间的距离约为 80 微米。在黑白显微图像中，明亮区域表示接触区域。
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沿着因压缩而产生的皱纹结构凸部的棱线观察到高度差约为10μm的周期性突起。这些突起位于沿压缩轴排列的纬纱与经纱重叠的位置（图 1，右下示意图）。当压缩沿经向拉伸复合材料时，经线趋向于拉伸和伸直，而同时纬线变得更加波状。因此，当纬纱位于经纱和纬纱的交点上方时，纬纱进一步向上突出，从而在褶皱结构的凸部上产生微小的突起。这样，当该复合材料被压缩时，除了褶皱结构之外，还形成突出结构，其中编织线以褶皱结构之间的间隔的约1/10的间隔从褶皱的凸部突出。换句话说，压缩会产生“分层皱纹结构”（图1，示意图）。
使用半径为 5 mm 的玻璃球在低速（01 mm/s）和恒定垂直载荷（30-200 mN）下对新开发的复合材料表面进行摩擦测试。尽管平坦表面和分层皱纹表面都表现出摩擦力随着负载而增加的一般摩擦行为，但发现分层皱纹表面上的摩擦力减小到小于平坦表面上的1/10（见图1，摩擦系数值）。例如，如果将这种表面材料应用于机器人手的握把，则可以在平坦的表面上以较低的负载保持物体，并且当释放物体时，可以通过施加外部压力以产生分级皱纹结构来可靠地释放物体。
根据摩擦力源自由于表面之间的粘附而导致接触区域的产生和消失的经典模型，摩擦力根据接触区域的面积而变化。人们认为，摩擦力会因摩擦时接触面积的减小而因分层皱纹结构而减小，因此我们通过将涂有荧光染料的玻璃球与平坦表面或具有分层皱纹结构的表面接触，并使用荧光显微镜观察转移到表面的荧光染料的位置和范围来检查接触面积（图1，黑白显微图像）。在平坦表面上观察到大的接触面积，而在具有分级皱纹结构的表面上，在大皱纹结构的凸部中，仅由编织线的突出引起的突出部接触。换言之，在具有分级皱纹结构的表面上，仅一些微细突起结构彼此接触，因此认为接触区域的面积显着减小，并且摩擦力显着减小。
未来我们会优化近表面嵌入的机织织物的类型和材质，同时也会考虑与软质材料摩擦力的可控性等，提高通用性。我们还将广泛征求企业提供技术和联合研究合作伙伴，并致力于开发新应用的研究。
国立产业技术综合研究所
功能化学研究部动态功能材料组
研究组组长 Takuya Ohzono 电子邮件：ohzono-takuya*aistgojp（发送前请将 * 更改为 @。）