Наноэффекты в природе: удивительные лапки

 

“Длина его составляет от 8 до 30 см. Голова довольно широка и сильно сплющена, глаза без век со щелевидным зрачком,шея коротка, тело толстое и сплющенное, хвост умеренной длины, по большей части весьма ломкий. Тело покрыто мелкими бугорчатыми и зернистыми чешуйками. Водятся в теплых

странах Старого и Нового света”…

Речь идет о гекконе – безобидной красивой ящерке, давно привлекающей внимание ученых своей уникальной способностью лазать как угодно и где угодно. Гекконы не только взбираются по отвесным стенам они с такой же легкостью ходят по потолку или оконному стеклу.

Долгое время ученые не могли понять, каким образом геккон бегает по совершенно гладкому вертикальному стеклу, не падая и не соскальзывая. Было предпринято много попыток объяснить этот природный феномен.

Сначала полагали, что весь секрет в уникальных присосках,которыми снабжены лапки животного. Но выяснилось, что налапах геккона нет ничего, похожего на присоски, которые, обеспечивали бы ящерице хорошее сцепление.

Не оправдалось и предположение,что геккон бегает по стеклу, приклеиваясь к его поверхности клейкой жидкостью, подобно тому, как держится на разных предметах улитка. В случае клейкой жидкости на стекле оставались бы следы от его лап; тем более никаких желез, способных выделять такую жидкость, на лапах геккона не обнаружено.

Рис 16. Геккон

Разгадка этого явления буквально поразила общественность: ведь при движении геккончик использует законы молекулярной физики! Ученые внимательно изучили лапку геккона под микроскопом. Выяснилось, что она покрыта мельчайшими волосками, диаметр которых в десять раз меньше, чем диаметр

человеческого волоса. На кончике каждого волоска находятся тысячи мельчайших подушечек размером всего двести миллионных долей сантиметра. Снизу подушечки прикрыты листочками ткани, и при большом увеличении видно, что каждый листочек покрыт сотнями тысяч тонких волосообразных щетинок. А щетинки, в свою очередь, делятся на сотни лопатообразных кончиков, диаметр каждого из которых всего 200 нм!

Сотни миллионов этих волосков позволяют цепляться за малейшие неровности поверхности. Даже совершенно гладкое,на наш взгляд, стекло дает гекконам достаточно возможностейзацепиться. Как оказалось, здесь работают силы Ван_дер_Ваальса, или, говоря иначе, силы межмолекулярного взаимодействия. Теория Ван_дер_Ваальса основывается на квантовой механике. Молекулы веществ на малых расстояниях отталкиваются, а на больших притягиваются (тот же принцип положен в основу работы АСМ).

Когда геккон опускает лапку на поверхность, лопаточки наконцах нанощетинок столь плотно прилегают к ней, что лапкакак бы прилипает к вертикальной стене или потолку. Но чуть геккон напряжет мышцы и потянет лапку _ силы Ван_дер_Ваальса исчезают, и она легко отделяется от поверхности!

Рис 17. Увеличенное изображение лапки геккона

 

Силы Ван_дер_Ваальса очень малы, однако расположение волосков на пальчиках гекконов позволяет обеспечитьдостаточно большую поверхность взаимодействия, чтобы ящерица могла удержаться,например, на потолке при помощи всего одного пальца своей пятипалой лапы или кончика хвоста.

Все это побудило исследователей к попыткам использовать сделанное открытие.Сотрудники американской компании iRobot сконструировали робота, который может передвигаться вертикально по стенкам аквариума. В дальнейшем планируется снабдить его искусственными волосками и увеличить прижимающую силу. А если удастся прикрепить к роботу хвост геккона, он сможет бегать по острым граням.

Если эксперименты по созданию ящерицеподобных роботов будут успешными, эти механизмы можно будет использовать в самых разных областях – от мытья окон в высотных зданиях до путешествий по пыльным тропинкам далеких планет.

Можно положить данный принцип в основу изготовления липкой ленты, подобной скотчу, которую можно использовать повторно и даже в вакууме (обычный скотч в космосе не работает). Ведутся разработки нового поколения так называемых “сухих клеев” с широким диапазоном характеристик, которые будут обеспечивать высокую адгезию (липучесть) на основе электростатики.

Можно изготовить обувь и перчатки, прочно удерживающие человека на вертикальной стене. Они облегчили бы жизнь не только альпинистам и монтажникам-скалолазам, но и всем остальным людям.