一只日光壁虎。激活壁虎强劲吸附力的看来是平面的陡度,而非其滑溜度。(摄影:彼得·韦伯/盖蒂图片社)
壁虎是脊椎动物中的攀缘冠军,轻而易举地便能漫不经心地飞檐走壁。
它们具有一些非常出色的适应能力以使它们能够做到这一点。它们每个脚趾都附着“刚毛”——比人体头发还要细得多的微小突起。每个刚毛的尖端都有数百上千根被称作spatula的更为细小的突状纤维,这些纤维的直径比可见光的波长还要小。
这种spatula突状纤维通过范德瓦尔斯力粘附在墙面上,范德瓦尔斯力是物质之间由于分子电荷分布不均匀而引起的一种静电吸引力或排斥力。这种分子间的相互作用同样是引起报纸粘着在一起的原因。
就是凭借着这些范德瓦尔斯力,壁虎就能无需分泌粘性物质,便可以几乎吸附在任何表面上。虽然壁虎自身重量不过90克左右,它粘附在天花板上的力度足以支撑40公斤的体重。
显 然,如果每一步粘附力度都这么强的话,就会很难走动了,而壁虎可以任意吸附或离开物体表面。吸附物体表面的时候,它们将脚趾转而朝下,并且脚趾向内抓握, 分离物体表面的时候,则将脚趾向上方及后方转动,以使脚趾上的spatula突状纤维离开物体表面。这个动作它们可以做得非常快,每秒可以这么来回吸附及 离开物体表面15次。
但直到现在,科学家们一直不清楚究竟是什么触发壁虎启用其抓握机制的。
在《英国皇家学会学报B:生 物科学》(Proceedings of the Royal Society B)于今天网上发布的一篇论文中,加拿大卡尔加里大学(University of Calgary)的安东尼·拉塞尔(Anthony Russell)及美国南卡罗来纳州克莱姆森大学(Clemson University) 的蒂莫西·海厄姆(Timothy Higham)报告说,壁虎对其身体方向的感知决定其何时激活粘附系统。
在一个30度的坡面上,他们所测试的所有六只壁虎都启用了抓握功能。在一个10度的坡面上,则只有三只壁虎启用抓握功能,这意谓着10度的坡度大约是壁虎激活器抓握机制的阈值。
10度坡面上开始抓握的那三只壁虎移动速度相对更慢,这表明壁虎启用其粘附功能就会有一些缺陷。
拉塞尔说:“粘附功能的启用,有成本,成本就是速度的降低,也有效益,效益就是附着摩擦力的增强,就像一级方程式的赛车,当抓地力比纯粹的速度更需优先考虑的情况下,就要使用雨胎而不是光头胎。”
科学家们排除了“壁虎感到脚滑时就会启用其牵引控制系统”的可能性。当壁虎在滑溜的有机玻璃表面上穿梭时,它们的脚趾会打滑——甚至在水平面上,但这种情况不会激活其粘附系统。
研究壁虎是如何吸附在墙壁和天花板上的研究人员,希望对此进程的深入了解,有助于工程师将该进程复制到机器人技术及其他一些商业应用上去。
卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)的一个研究小组建造了一种机器人,他们在这些机器人的脚上安装上一些超薄纤维,使它们能够攀爬墙壁。类似的设计可用来制造那种机器人,可以在航天飞船外壳表面飞梭自如地进行测量,检查飞船损坏情况。
去 年,美国加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的一个研究小组,由壁虎带来的灵感而开发了一种附有微细触点的胶带,这种胶带只有当你试图将它沿着物体表面撕下来的时候才会有粘着性。 很快我们就可以使用壁虎技术,用无粘性的粘合剂将照片挂在墙上。
梦想那种可以让我们像壁虎那样飞檐走壁的蜘蛛侠手套是否为时过早了呢?也许不是······






