MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798297648302
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32244486
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a621
■1001  ▼aAcharya,  Sampada  S.▼0(orcid)0009-0001-0361-7917
■24510▼aLow  Aspect  Ratio  Nature-Inspired  Micropatterned  Surfaces  for  Tunable  Adhesion
■260    ▼a[Sl]▼bCarnegie  Mellon  University▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a101  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-04,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Majidi,  Carmel.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Carnegie  Mellon  University,  2025.
■520    ▼aThe  ability  to  achieve  controllable  adhesion  and  friction  is  fundamental  to  biological  locomotion,  gripping,  and  object  manipulation,  yet  remains  a  major  challenge  in  soft  robotics.  Conventional  bioinspired  adhesives  often  employ  high-aspect-ratio  fibrillar  structures  that  provide  strong  adhesion  but  are  fragile,  difficult  to  fabricate  in  soft  elastomers.  This  thesis  investigates  an  alternative  approach:  low-aspect-ratio,  nature-inspired  micropatterned  surfaces  that  are  mechanically  stable,  fabrication-friendly,  and  capable  of  tunable  adhesion  across  diverse  environments.In  the  first  part  of  this  work,  hemispherical  microstructures  were  fabricated  in  soft  elastomers  and  characterized  for  their  frictional  adhesion  response.  These  surfaces  were  integrated  into  soft  robotic  limbs  and  tested  against  glass,  acrylic,  and  metal  substrates  under  dry  and  wet  conditions.  Extending  this  concept,  a  five-limbed,  sea  star-inspired  soft  robot  was  developed,  and  its  locomotion  was  quantified  on  flat  and  inclined  acrylic  surfaces  in  both  environments.  These  studies  demonstrated  that  hemispherical  textures  provide  sufficient  adhesion  for  locomotion  while  enabling  easy  detachment,  highlighting  their  utility  for  amphibious  soft  robotics.The  second  part  expanded  the  design  space  to  include  hemispherical,  wedge,  and  sucker-like  microstructures  with  aspect  ratios  near  unity  but  spanning  different  functional  sizes.  Adhesion  was  systematically  characterized  on  flat  glass  surfaces  under  varying  unloading  rates  and  applied  loads.  Further,  adhesion  was  tested  against  individual  glass  beads  of  0.5-5  mm  diameter,  and  particulate  manipulation  was  evaluated  by  quantifying  bead  pickup  from  a  petri  dish.  These  experiments  revealed  that  hemispheres  and  plain  elastomer  surfaces  rely  primarily  on  rate-sensitive  viscoelastic  adhesion,  whereas  wedges  and  suckers,  though  ineffective  on  flat  substrates,  engage  particles  through  interlocking  or  rim  confinement.  In  bulk  bead  pickup,  suckers  achieved  the  highest  mean  performance,  suggesting  that  geometry-driven  confinement  plays  a  central  role  in  granular  manipulation.Together,  these  studies  show  that  geometry,  loading  rate,  and  environment  jointly  tune  adhesion  and  friction  in  low-aspect-ratio  micropatterned  surfaces.  No  single  mechanism  is  universally  sufficient:  hemispheres  provide  contact  adhesion,  wedges  enable  frictional  interlocking,  and  suckers  contribute  confinement.  Integrating  these  motifs  into  soft  robotic  systems  demonstrated  their  ability  to  support  amphibious  locomotion  and  particle  pickup  across  dry  and  wet  conditions.  This  work  establishes  low-aspect-ratio  micropatterns  as  a  practical  and  versatile  design  strategy  for  tunable  adhesion  in  soft  robotics,  offering  new  pathways  for  robots  that  can  climb,  grip,  and  manipulate  objects  in  real-world,  particulate-rich  environments.
■590    ▼aSchool  code:  0041.
■650  4▼aMechanical  engineering
■650  4▼aRobotics
■653    ▼aLow  aspect-ratio
■653    ▼aNature-inspired
■653    ▼aSoft  microstructures
■653    ▼aSoft  robotics
■653    ▼aTunable  adhesion
■690    ▼a0548
■690    ▼a0800
■690    ▼a0771
■71020▼aCarnegie  Mellon  University▼bMechanical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-04B.
■790    ▼a0041
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17359697▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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