Související obsah
- Vědci mohou zapínat a vypínat toto uchopovací zařízení inspirované Gecko s rychlým pohybem světla
Hezký tokajský gekon. Foto: Ethan Knapp a Alyssa Stark
Každý, kdo žije v tropické zemi nebo navštívil tropickou zemi, je pravděpodobně obeznámen s chirpingem gekonů. Tito přátelští ještěrky obývají domy a džungle táhnoucí se od Indonésie po Tanzanii až po Dominikánskou republiku. Vynořují se po západu slunce a využívají zraku pro noční vidění - který je 350krát silnější než člověk - a jsou vítanými hosty v domech a hotelech, protože pohlcují komáry a jiné hmyzí škůdce.
Kromě místních obyvatel vědci také milují tyto barevné ještěrky. Geckos mají jedinečnou schopnost mezi ještěrky rozběhnout se po plochých stěnách a šplhat po stropech, i když je povrch velmi hladký. Vědci se touto schopností potýkají roky a desítky laboratoří testovaly adhezi gekonu v naději, že využijí tuto supervelmoci pro potenciální využití ve všem, od robotiky, kosmické technologie, medicíny až po „gekonku“.
Ukázalo se, že Gekonovy prsty obsahují vlasové struktury, které tvoří vícekontaktní rozhraní, což znamená, že gekoni sevřou tisíce drobných adhezivních struktur, spíše než to, co vypadá jako jediná jednotná noha.
Mezery však zůstávají v chápání toho, jak nohy gekonu interagují s povrchy v jejich přirozeném prostředí, zejména v suchých versus mokrých podmínkách. Vědci vědí, že chrániče špičky gekonů jsou superhydrofobní nebo odpuzují vodu, ale gekoni ztratí schopnost přilnout ke sklu, když je mokré. Proč prostě neodpuzují vodu a nelpí na skleněném povrchu dole? Podobně se vědci ptají, jak gekoni jednají s mokrými listy v lese během dešťových bouří.
Nový článek publikovaný ve Sborníku Národní akademie věd tyto záhady zkoumá. Autoři se rozhodli otestovat přilnavost gekonu na řadě mokrých a suchých materiálů, které přitahují i odpuzují vodu. Aby provedli své experimenty, vybavili šest žetonů gejzírů pomocí postrojů velikosti gecko. Umístili gekony na čtyři různé typy materiálů, jako je sklo, plast a látka určená k napodobení voskovitých tropických listů. Poté, co ještěrky poskytly nějaký čas, aby se přizpůsobily svému novému okolí, vědci aplikovali jednotný tahový tlak na postroje gekonů a táhli opačným směrem, kam chodili zvířata. Nakonec se gekoni nemohli držet a ztratili sevření. To umožnilo týmu měřit adhezivní sílu potřebnou k přemístění zvířat. Stejné experimenty opakovali i za velmi mokrých podmínek.
Autoři zjistili, že materiály, které jsou „smáčivější“ - což je míra, do které povrch přitahuje molekuly vody - tím menší síla, kterou bylo zapotřebí k narušení přilnavosti gekonů. Sklo mělo nejvyšší smáčivost povrchů, kterou vědci testovali, a gekoni snadno vyklouzli z mokrého skla ve srovnání se suchým sklem. Když tento materiál zvlhne, voda vytvoří tenký, atraktivní film, který zabrání gekiným malým prstům na nohou v kontaktu s povrchem.
Naproti tomu vlastnosti voskovitých listů s nízkou smáčivostí umožňují gekonům vytvořit stabilní přilnavost, a to i v dešťových bouřích, protože listy aktivně odpuzují vodu. Výzkumníci zjistili, že Geckos fungoval stejně dobře ve vlhkých i suchých podmínkách na povrchu napodobujícím listy.
Jak interakce gekonů s povrchy závisí na termodynamické teorii adheze, autoři uzavírají. Tyto rysy jsou diktovány Van der Waalsovou silou nebo součtem atraktivních a odpudivých interakcí mezi gekálními prsty a charakteristikami povrchů, se kterými přicházejí do styku. Dokud jsou tyto atraktivní síly v pohybu, mají gekoni štěstí, že sevřou na jakémkoli povrchu, s nímž přijdou do styku, bez ohledu na to, zda je mokrý nebo suchý.
Použitím našich výsledků adheze celého zvířete jsme zjistili, že mokré povrchy, které jsou dokonce slabě, umožňují, aby adhezivní systém gecko zůstal funkční i pro přilnutí a pravděpodobně i lokomoce.
Naše zjištění naznačují úroveň všestrannosti v adhezivním systému gecko, který dříve nebyl zohledněn, a zpochybňuje zajímavé vývojové, ekologické a behaviorální předpovědi.
Kromě objasnění toho, jak adaptace gekonů pomáhají ještěrkám vyrovnat se s jejich přirozeným prostředím, se autoři domnívají, že jejich zjištění mohou přispět k navrhování nových syntetických robotů gekonu, které mohou překonat skutečnou gekonovu „mokrou skleněnou Achillovu patu“, užitečnou snad pro čištění mrakodrapu okna, špehování podezřelých teroristů nebo prostě výměna těžko přístupné žárovky.
