powiązana zawartość
- Naukowcy mogą włączać i wyłączać to inspirowane gekonem urządzenie chwytające jednym ruchem światła
Przystojny gekon tokayski. Zdjęcie: Ethan Knapp i Alyssa Stark
Każdy, kto mieszka lub odwiedził kraj tropikalny, prawdopodobnie zna ćwierkanie gekona. Te przyjazne małe jaszczurki zamieszkują domy i dżunglę od Indonezji po Tanzanię i Dominikanę. Pojawiają się po zachodzie słońca, korzystając z noktowizora - który jest 350 razy silniejszy niż u człowieka - i są mile widzianymi gośćmi w domach i hotelach, ponieważ pożerają komary i inne szkodniki.
Oprócz miejscowych naukowcy uwielbiają te kolorowe jaszczurki. Gekony posiadają wyjątkową zdolność wśród jaszczurek do biegania po płaskich ścianach i biegania po sufitach, nawet jeśli powierzchnia jest bardzo gładka. Naukowcy zastanawiają się nad tą umiejętnością od lat, a dziesiątki laboratoriów testowały przyczepność gekona w nadziei, że wykorzystają tę supermoce do potencjalnego zastosowania we wszystkim, od robotyki, technologii kosmicznej, medycyny, aż po „taśmę gekona”.
Okazuje się, że palce gekona zawierają struktury podobne do włosów, które tworzą interfejs wielokontaktowy, co oznacza przyczepność gekonów z tysiącami małych struktur adhezyjnych zamiast czegoś, co wydaje się być jednolitą stopą.
Pozostają jednak luki w zrozumieniu przez naukowców, w jaki sposób stopy gekona oddziałują z powierzchniami w ich naturalnym środowisku, szczególnie w suchych i wilgotnych warunkach. Naukowcy wiedzą, że gekonowe podkładki na palce są superhydrofobowe lub hydrofobowe, ale gekony tracą zdolność przylegania do szkła, gdy zmoknie. Dlaczego po prostu nie odpychają wody i nie przywierają do szklanej powierzchni poniżej? Podobnie naukowcy zastanawiają się, jak gekony radzą sobie z mokrymi liśćmi w lesie podczas burz deszczowych.
Nowy artykuł opublikowany w Proceedings of National Academy of Sciences bada te tajemnice. Autorzy postanowili przetestować przyczepność gekona na wielu mokrych i suchych materiałach, które przyciągają i odpychają wodę. Aby przeprowadzić eksperymenty, wyposażyli sześć gekonów tokay w uprzęże wielkości gekona. Umieścili gekony na czterech różnych rodzajach materiałów, takich jak szkło, plastik i substancja przeznaczona do naśladowania woskowatych liści tropikalnych. Po zapewnieniu jaszczurom trochę czasu na dostosowanie się do nowego otoczenia, naukowcy wywarli równomierny nacisk na uprzęże gekonów, ciągnąc w przeciwnym kierunku, w którym kroczyły zwierzęta. W końcu gekony nie mogły już przylgnąć i straciły przyczepność. Umożliwiło to zespołowi zmierzenie siły przyczepności wymaganej do przemieszczenia zwierząt. Powtórzyli te same eksperymenty również w bardzo mokrych warunkach.
Autorzy odkryli, że materiały, które są bardziej „zwilżalne” - co wskazuje na stopień, w jakim powierzchnia przyciąga cząsteczki wody - im mniej siły potrzeba, aby zakłócić przyczepność przyczepionych gekonów. Szkło miało najwyższą zwilżalność powierzchni testowanych przez naukowców, a gekony łatwo zsuwały się z mokrego szkła w porównaniu do szkła suchego. Gdy materiał ten zostanie zamoczony, woda tworzy cienki, atrakcyjny film, który zapobiega kontaktowi drobnych włosów palców gekona z powierzchnią.
Z drugiej strony niskie właściwości zwilżania liści woskowych pozwalają gekonom na pewny chwyt, nawet podczas burzy, ponieważ liście aktywnie odpychają wodę. Naukowcy odkryli, że gekony radziły sobie równie dobrze w mokrych i suchych warunkach na powierzchni imitującej liście.
Interakcja gekonów z powierzchniami zależy od termodynamicznej teorii przyczepności - podsumowują autorzy. Te cechy są podyktowane siłą Van der Waalsa lub sumą atrakcyjnych i odpychających interakcji między palcami gekona a właściwościami powierzchni, z którymi się stykają. Tak długo, jak te siły przyciągają się, gekony mają szczęście, aby uzyskać przyczepność na dowolnej powierzchni, z którą się zetkną, niezależnie od tego, czy jest mokra, czy sucha.
Korzystając z naszych wyników przyczepności dla całego zwierzęcia, stwierdziliśmy, że mokre powierzchnie, które są nawet słabo słabe, pozwalają systemowi klejącemu gekon pozostać funkcjonalnym przylegającym i prawdopodobnie również ruchomym.
Nasze odkrycia sugerują poziom wszechstronności w systemie klejącym gekona, który wcześniej nie był uwzględniany, i podważają interesujące prognozy ewolucyjne, ekologiczne i behawioralne.
Oprócz rzucenia światła na to, w jaki sposób adaptacje gekonów pomagają jaszczurkom radzić sobie z ich naturalnym środowiskiem, autorzy uważają, że ich odkrycia mogą przyczynić się do zaprojektowania nowych syntetycznych robotów gekonów, które mogą pokonać prawdziwe mokre szklane pięty Achillesa gekonów, przydatne być może do czyszczenia wieżowca okna, szpiegując podejrzanych o terroryzm lub po prostu zmieniając trudno dostępną żarówkę.
