Связанный контент
- Ученые могут включать или выключать это устройство, вдохновленное гекконами, одним движением света
Красивый токай геккон. Фото: Итан Кнапп и Алисса Старк
Любой, кто живет в тропической стране или посетил ее, вероятно, знаком с щебетанием геккона. Эти дружелюбные маленькие ящерицы обитают в домах и джунглях, простирающихся от Индонезии до Танзании и Доминиканской Республики. Они появляются после захода солнца, пользуясь своим зрением ночного видения, которое в 350 раз сильнее человеческого, и являются желанными гостями в домах и гостиницах, так как они поглощают комаров и других насекомых-вредителей.
Помимо местных жителей ученые также любят этих красочных ящериц. Гекконы обладают уникальной способностью среди ящериц бегать по плоским стенам и бегать по потолкам, даже если поверхность очень гладкая. Исследователи ломали голову над этой способностью в течение многих лет, и десятки лабораторий проверили адгезию геккона в надежде использовать эту сверхдержаву для потенциального использования во всем, от робототехники до космических технологий, от медицины до «гекконовой ленты».
Оказывается, пальцы гекконов содержат волосоподобные структуры, которые образуют многоконтактный интерфейс, то есть гекконы сцепляются с тысячами крошечных клеевых структур, а не с одной единой лапкой.
Однако в понимании исследователей о том, как ступни геккона взаимодействуют с поверхностями в естественной среде, особенно в сухих и влажных условиях, остаются пробелы. Ученые знают, что подушечки пальцев геккона супергидрофобны или отталкивают воду, однако гекконы теряют способность цепляться за стекло, когда оно становится влажным. Почему они просто не отталкивают воду и не цепляются за стеклянную поверхность внизу? Точно так же ученые задаются вопросом, как гекконы справляются с влажными листьями в лесу во время ливневых дождей.
Новая статья, опубликованная в Слушаниях Национальной академии наук, исследует эти тайны. Авторы решили проверить сцепление геккона с рядом влажных и сухих материалов, которые одновременно притягивают и отталкивают воду. Чтобы выполнить свои эксперименты, они оснастили шесть гекконов с подвесками размером с геккона. Они поместили гекконов на четыре различных типа материалов, таких как стекло, пластик и вещество, предназначенное для имитации восковых тропических листьев. Предоставив ящерицам некоторое время, чтобы приспособиться к их новому окружению, исследователи оказали равномерное усилие натягивания на упряжь гекконов, вытягивая в направлении, противоположном тому, где животные гуляли. В конце концов, гекконы больше не могли цепляться и потеряли свою власть. Это позволило команде измерить силу сцепления, необходимую для перемещения животных. Они повторили те же эксперименты и в очень влажных условиях.
Авторы обнаружили, что материалы, которые являются более «смачиваемыми» - свидетельство того, насколько поверхность притягивает молекулы воды - тем меньше силы требуется, чтобы разрушить сцепление цепляющихся гекконов. Исследователи исследовали, что стекло обладает самой высокой смачиваемостью поверхностей, и гекконы легко соскользнули с мокрого стекла по сравнению с сухим стеклом. Когда этот материал намокает, вода образует тонкую, привлекательную пленку, которая препятствует контакту крошечных волосков геккона с поверхностью.
С другой стороны, низкие свойства смачиваемости восковых листьев позволяют гекконам крепко удерживать даже дождевые штормы, поскольку листья активно отталкивают воду. Исследователи обнаружили, что гекконы одинаково хорошо выступают во влажных и сухих условиях на поверхности, имитирующей листья.
То, как гекконы взаимодействуют с поверхностями, зависит от термодинамической теории адгезии, заключают авторы. Эти особенности продиктованы силой Ван-дер-Ваальса или суммой притягательных и отталкивающих взаимодействий между пальцами геккона и характеристиками поверхностей, с которыми они вступают в контакт. Пока эти силы притяжения вяжутся, гекконам везет за то, что они получают контроль над любой поверхностью, с которой они вступают в контакт, независимо от того, влажная она или сухая.
Используя наши результаты по адгезии для всего животного, мы обнаружили, что влажные поверхности, которые даже слабо позволяют адгезивной системе геккона оставаться функциональными для сцепления и вероятного передвижения.
Наши результаты указывают на уровень универсальности адгезивной системы геккона, который ранее не учитывался, и ставят под сомнение интересные эволюционные, экологические и поведенческие прогнозы.
В дополнение к тому, чтобы пролить свет на то, как адаптация геккона помогает ящерицам справиться с их естественной средой, авторы полагают, что их выводы могут помочь в разработке новых синтетических роботов-гекконов, которые могут преодолеть реальную ахиллесову пяту мокрого стекла гекконов, полезную, возможно, для очистки небоскреба. окна, слежка за подозреваемыми террористами или просто замена труднодоступной лампочки.
