Ученые объяснили удивительные свойства лап ящерицы

Известно, что многие изобретения являются результатом наблюдения ученых за животными. Самолеты похожи на птиц, вертолеты — это гигантские механические стрекозы. И вот теперь исследователи обратили внимание на ящерицу геккона, чьи способности легли в основу идеи нового клейкого материала. Группа ученых из Калифорнийского университета в Беркли смогла воссоздать технологию, позволяющую геккону держаться и быстро передвигаться по вертикальной поверхности, а также не падать, находясь на потолке.

Оказывается, секрет прилипчивости геккона заключается в уникальном строении его подошвы. Лапки ящерок покрыты крошечными волосками, каждый из которых как бы присасывается к поверхности, позволяя легкому геккону удерживаться на любой вертикальной плоскости. Пальцы у этих представителей семейства цепкопалых снабжены снизу расширенными пластинками, на которых поперечными рядами располагаются особые щеточки, состоящие из многовершинных волосков всего 80—90 микрон в длину и 8—10 микрон в диаметре.

С помощью электронного микроскопа было подсчитано, что на одном только пальце европейского стенного геккона (Tarentola mauritanica) расположено свыше 200 млн таких щеточек, каждая из которых слагается из бесчисленного множества отдельных волосков. Благодаря своим микроскопическим размерам эти крючкообразные выросты способны охватывать мельчайшие неровности субстрата, что в сочетании с когтями позволяет ящерицам легко передвигаться по гладким наклонным и вертикальным поверхностям. Сила сцепления при этом настолько велика, что, удерживаясь одним-единственным пальцем, животное способно висеть на вертикально поставленном стекле. А у некоторых гекконов подобные приспособления расположены еще и на внутренней стороне хвоста. Между тем ученые установили, что на абсолютно гладких, лишенных неровностей, отшлифованных поверхностях гекконы удерживаться не в состоянии, что опровергает, в частности, широко распространенное мнение о присасывательной способности их пальцевых пластинок.

«Многие думают, что на лапках геккона есть специальные присоски. Однако это не так, — рассказал РБК daily доктор биологических наук, профессор МГУ Леонид Корзун. — Способность геккона бегать по вертикальным плоскостям объясняется наличием мельчайших ворсинок, образующихся при расщеплении клеток. И сцепление с поверхностью происходит не за счет силы трения, а за счет соприкосновения молекул ворса с молекулами поверхности. Здесь действуют так называемые силы Ван-дер-Ваальса — силы межмолекулярного сцепления».

Силы Ван-дер-Ваальса относятся к разряду сил межмолекулярного взаимодействия. «Практически любая технология склеивания материалов основана на этих силах, — поясняет РБК daily кандидат технических наук, доцент МАТИ им. Циолковского Владимир Кузькин. — Однако силы Ван-дер-Ваальса используются не только при создании клеев.

Опираясь на это физическое явление, в 1986 году Герд Бинниг и Кристоф Гербер сконструировали сверхмощный атомно-силовой микроскоп, который применяется для снятия профиля поверхности и для изменения ее рельефа, а также для манипулирования микроскопическими объектами на поверхности». Впрочем, нужно заметить, что механизм прикрепления гекконов к гладким поверхностям окончательно не выяснен и по сей день.

Между тем исследователи из Беркли применили имеющиеся знания для воплощения технологии прилипчивости геккона на практике. Ученые получили новый клеящийся материал, который легко прилипает к любой поверхности, также легко отлипает от нее и выдерживает большую нагрузку. Так, 2 кв. см клейкой ленты удерживают до 400 г, не отлепляясь и не соскальзывая. Эта липучка состоит из миллионов маленьких пластиковых волокон длиной 15—20 микрометров и диаметром 0,6 микрометра. Материал прилипает к плоскости не под давлением, как обычный скотч, а при скольжении по касательной. Волокна наклоняются, резко увеличивая площадь соприкосновения липучки с поверхностью, за счет чего прочность связи возрастает. А так как липучка не пропитана какими-либо клейкими составами, ее можно использовать многократно. Ведь после того как лента отлепляется, ворсинки принимают обычное положение и липучка вновь приходит в состояние «боеготовности».

Крошечный геккон вдохновляет изобретателей на создание почти фантастических устройств. Так, немецкий инженер Геральд Винклер сконструировал приспособление под названием «Геккомат», с помощью которого человек может уподобиться юркой ящерке и передвигаться по любым вертикальным поверхностям. «Геккомат» представляет собой набор из четырех громоздких присосок, которые сообщаются с баллоном, и работает по принципу вакуумного насоса. «Технология присоски скорее характерна не для гекконов, а для лягушек, чьи кончики пальцев устроены наподобие вантузов, а кожа мокрая и липкая, — говорит Леонид Корзун. – Однако лягушка не может долго держаться на сухой вертикальной поверхности. К тому же она не в состоянии быстро и долго передвигаться по стенам. Геккону же не требуются определенные условия, чтобы взобраться по вертикали. Его система крепления более совершенна — она оставляет возможность для быстрого передвижения».

Винклер утверждает, что сцепление со стеной настолько сильное, что каждая присоска может выдержать вес 250 кг. Причем «Геккомат» оборудован системой автоматического контроля — визуальные и звуковые сигналы призваны сообщать «гекконавту» о силе сцепления. Однако это обмундирование весит в среднем 25—30 кг. Так что почувствовать себя проворным гекконом или гуттаперчевым человеком-пауком «гекконавту» вряд ли удастся.