Юрий Евдокимов
Последние научные исследования добавили новую порцию вопросов в, казалось бы, уже окончательно установленный механизм передвижения гекконов.
Источник: animalhouserichmond.com
В основе эффекта сцепления лапок геккона вида Gekko gecko с гладкими вертикальными поверхностями – и даже с потолком – лежит механизм так называемой сухой адгезии. Недаром в биологической систематике этих рептилий так и называют – цепколапые ящерицы. А весь секрет этой «цепколапкости» в том, что на лапках гекконов имеется огромное количество волосков-щетиночек микро- и даже наноразмеров. Они-то и обеспечивают за счет проявления сил Ван-дер-Ваальса молекулярный контакт, например, с поверхностью полированного стекла. На этом принципе, обнаруженном не так давно, уже созданы всевозможные робототехнические устройства.
Однако научные публикации последнего времени добавили новую порцию вопросов в, казалось бы, уже окончательно установленный механизм передвижения гекконов. Так, в одном из последних сообщений отмечается, что геккон не в состоянии удерживаться на абсолютно гладких поверхностях. Правда, что такое абсолютно гладкие поверхности, не совсем понятно, ведь «шероховата» даже поверхность воды и свежерасщепленных листочков слюды: избавиться от «неровностей» самих атомов на поверхности тел невозможно. С другой стороны, этот факт противоречит общепризнанной точке зрения, что ответственны за сцепление силы Ван-дер-Ваальса. Межмолекулярное взаимодействие как раз должно проявляться во всю силу для абсолютно гладких поверхностей.
Однако нет худа без добра. Становится ясным, что не только Ван-дер-Ваальсово взаимодействие ответственно за сцепление лапок геккона с гладкими поверхностями. Не все так просто в семействе гекконов, да и геккон геккону рознь (у различных видов гекконов – различны их массы и размеры, количество и размеры щетиночек с утолщениями-лопаточками).
Конечно, сомневаться в большой роли межмолекулярных взаимодействий в данном случае не приходится. По крайней мере свежерасщепленные листочки слюд различных марок при простом прижиме хорошо сцепляются за счет прекрасных условий для молекулярного контакта. То же самое должно наблюдаться и при контакте так называемых плиток Иогансона 14-го класса шероховатости (сталь марки Х) с высотой неровностей всего 25–50 нанометров (2,5–5 х 10-8 метра). И это факт, хотя на стандартных плитках Иогансона наблюдать это трудно – поверхности их сцепляются слабо (если закрепить одну из них, то вторая «отрывается», не выдержав даже собственный вес). Однако если взять вторую плитку меньшего веса, то эффект сцепления хорошо наблюдаем.
Так и для гекконов вида Tarentola mauritanica, масса тела которых больше, чем у гекконов вида Gekko gecko (они весят в среднем 50 граммов), – сил Ван-дер-Ваальса недостаточно для «удержания» их на абсолютно гладких поверхностях. Но сцепление обязательно должно проявляться.
Видимо, необходимо учитывать и роль электростатических (кулоновских) сил, ведь избежать электризации щетиночек невозможно (как и трения). Невозможно избежать и проявления капиллярных и гидродинамических эффектов. Так что окончательная расшифровка механизма «сцепления» и передвижения гекконов еще впереди.
Думаю, что поможет в этом метод оценки сцепления (адгезии) на модели, схожей с устройством лапки геккона. С использованием эффекта электроадгезии можно наносить углеродные нанотрубки на различные подложки с предварительно нанесенным на них тонким слоем клея (см. «НГ-наука» от 26.12.07). А затем получать покрытия из слоя нанотрубок в электростатическом поле – как при изготовлении искусственного меха. Волоконца-щетинки в электрополе сами укладываются на подложку частоколом, образуя наноковер необходимых размеров (принцип направленного электроосаждения).
При контакте подобного наноковра с различными подложками (полированные поверхности стекол, металлов, листочки слюд) можно оценить адгезионную прочность (АП) на отрыв, сдвиг, отслаивание и зависимость АП от угла отслаивания, скорости отслаивания и некоторых других параметров.
По этому поводу можно вспомнить фразу из книги «Физики шутят», когда один из присутствующих обращается к ученым со словами: «И кому нужен бильярдный шар с растущими на нем волосами». А вот, оказывается, и такой объект может пригодиться для науки. Нанося нанотрубки (не только углеродные) на объемные тела (шар, цилиндр), можно легко «привязаться» к известным методам оценки адгезии. Так, в случае маленьких шариков со слоем щетинок-волосков можно оценить адгезионную прочность по известным методам, суть которых состоит в следующем. Скатываясь по наклонной поверхности, металлические шарики проходят участок, покрытый слоем клея, на котором скорость скатывания снижается. Используя шарики из различных материалов и различных диаметров, меняя угол наклона поверхности подложки к горизонтали, используя различные клеи, можно оценить адгезионную прочность самых различных случаев.
 На лапках гекконов имеется огромное количество щетинок микро- и даже наноразмеров. Они-то и обеспечивают молекулярный контакт с поверхностью. Источник: auroville.org |
Точно так же, используя шарики, покрытые щетинками, и различные полированные подложки (стекло, полупроводниковые пластинки, слюдяные полоски) вместо участков с нанесенным клеем, можно оценить сухую адгезию для самых различных случаев. А заодно и уточнить спектр сил, ответственных за сцепление («геккон-адгезию»).
