科學家通過實驗發現,壁虎可以在垂直豎立的拋光玻璃表面上以每秒壹米的速度高速向上攀爬,只用壹根手指就能把整個身體穩定地掛在墻上。壁虎除了能在墻上垂直爬行,還能在天花板上倒立爬行,這是其他動物無法企及的。
壁虎腳底的粘連是怎麽來的?美國加州大學伯克利分校的科學家羅伯特·福爾(Robert Foer)等人發現,看似不起眼的壁虎其實是自然界最優秀的“應用物理學大師”之壹。它鞋底的強度其實來自於宇宙中最基本的物理原理——分子引力。憑借這種力量,壹只2英寸長的壁虎理論上可以用它僅有幾平方毫米大小的腳掌毫不費力地舉起40公斤重的重物!
壁虎腳底的壹根剛毛可以舉起壹只螞蟻的重量,而使用所有剛毛可以支撐125 kg的力。
那麽什麽是分子引力呢?分子引力,也叫範德華力,是中性分子相互靠得很近時產生的壹種微弱的電磁引力。因為這種引力太弱,壹般沒人註意。比如我們把手放在墻上,也會產生分子引力,但由於實際接觸面積太小,接觸點可能只有幾千個,人的手掌不會吸附在墻上。
但是壁虎不壹樣。它的每只腳掌上都有數百萬根極細的剛毛,每根剛毛末端大約有400到1000根更細的分支。這種精細的結構使得物體表面的刷毛與分子之間的距離非常近,從而產生分子引力。雖然每根刷毛產生的力可以忽略不計,但累積起來就相當可觀了。根據計算,壹根豬鬃可以舉起壹只螞蟻的重量,而654.38+0萬根豬鬃可以舉起20公斤的重量,雖然它們所占的面積還不到壹枚小硬幣的面積。如果壁虎同時使用所有刷毛,可以支撐125 kg的力。科學家說,壁虎實際上只用壹只腳就能支撐全身。
壁虎可以在任何骯臟的表面上行走。它的腳不會自動分泌液體,但有自動清潔的功能。
壁虎如何自如地控制腳上的吸力?科學家用顯微鏡攝像頭記錄了壁虎在玻璃上爬行的過程,發現當壁虎試圖移動它的腳時,它需要付出比吮吸附著物時多600倍的力,並將腳趾拉伸到30度以上才能達到目的,就像人在撕下膠帶時壹樣。而且即使在真空環境下,它腳上的附著力也不會失效,這說明壁虎不需要分泌任何物質來維持附著力,也不需要借助負氣壓來“吸”物體。
研究人員認為,通過模仿壁虎腳底的這種結構,有可能開發出壹種新型粘合力強的膠帶。它具有易於拆除、不損傷物體表面、可重復使用的優點。
此後,美國劉易斯-克拉克學院的科學家們意外地發現了壁虎能夠輕易附著在物體表面的另壹個原因:它們能夠自動清理爪子絨毛上的汙垢,以避免從爬行表面脫落。
過去科學家也推測壁虎的腳可能具有自動清潔的功能,但它如何保持腳的清潔及其原理是壹個未解之謎。壁虎從來不洗腳,腳也不會自動分泌液體。劉易斯-克拉克學院的凱拉·奧秋和溫迪·漢森研究了壁虎的這壹神奇功能。他們發現,無論壁虎在物體表面走得多臟,當它走幾步,腳上的汙垢就會自動脫落。他們認為壁虎腳踩踏汙垢後,汙垢顆粒堆積在絨毛表面,而不是粘在上面,所以汙垢顆粒堆積到壹定程度後會在重力的作用下脫落。
受壁虎腳趾微觀結構的啟發,科學家們開始開發超級附著技術。
研究生物力學的Autumn認為,這壹發現對於想發明更好的粘合劑的科學家來說是個好消息,因為只要能將絨毛做得足夠小,就有可能產生像壁虎鬃毛壹樣強的粘合力。
因此,受壁虎腳趾微觀結構的啟發,超級附著技術應運而生。例如,科學家正在以此為基礎開發壹種強幹粘合劑,這種粘合劑將使用壹種類似於壁虎爪子手指上的人造絨毛。
不久前,英國曼徹斯特大學的物理學家安德烈·格姆(Andre Geum)和他的同事們聲稱,他們的研究取得了重大進展:他們開發出了壹種模仿壁虎腳趾微觀結構的柔性膠帶,上面覆蓋著超過壹百萬根合成毛發,每根毛發的長度不到2微米。根據他們的計算,壹塊手掌大小的這種膠帶可以吊起壹個成年人。Gaim只做了1平方厘米的壁虎膠帶。為了測試它的附著力,他把膠帶固定在壹個蜘蛛俠玩偶的手上。結果蜘蛛俠被牢牢地掛在玻璃板上。
壁虎膠帶意義重大,科學家希望研發出壹種可以爬墻的機器人。
美國劉易斯-克拉克學院的凱拉·秋也成功研制出壹種新型粘合劑。那麽,壁虎膠帶的意義是什麽呢?“任何妳能想到的公司。”秋天說。從世界上最耐用的不幹膠筆記,更安全的輪胎到更牢固粘附的“創可貼”,都是需要的。最近,autumn還在與麥吉爾大學步行機器人技術實驗室主任馬丁·比勒(Martin Biller)和加州大學伯克利分校多踏板實驗室主任羅伯特·福爾(Robert Foer)(專門研究運動中動物的特性、動能和動力學)合作,開發壹種可以爬墻的機器人。Autumn說:“我的夢想是見證壹群這樣的機器人在火星表面著陸。”摘自新浪