@ 2014.08.15 , 00:01

脑洞大:人类能像壁虎那样在墙壁上行走吗?

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为什么壁虎能在天花板倒挂的时候自如行走又能在光滑、垂直的表面上稳稳停住?我们已经知道了壁虎的每只脚底部都长有数百万极细的刚毛,就是利用每根刚毛的分子间产生的较弱的电性吸引力(也就是所谓范德瓦尔斯力)粘在墙上,结构如图。

壁虎的脚被细小的褶皱覆盖了,每个脚趾都有细小的刚毛,刚毛只有几纳米肉眼根本看不见。正是这精巧的结构让它产生巨大的分子引力,据以往科学计算每100万根刚毛所占面积不到小小的硬币大,所能提起的重量达20公斤,如果壁虎用上全部的刚毛可以支持一个125公斤重的物体。

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而更令人咋舌的是,拥有粘性如此强的脚,壁虎还能快速移动,速度是每秒走20个身体长度的距离。那么它们又是如何在快速吸上墙壁的同时把另一只脚扯下来的呢?

8月12日,俄勒冈州立大学的研究团队将其研究论文发表在了《应用物理》期刊上,在论文中他们详细阐释了壁虎精细的脚部结构是如何实现快速行动的。

壁虎脚上的刚毛不仅灵活可弯曲,而且呈60度角倾斜生长。研究员发现它们粘在天花板和墙壁上的时候并没有整个脚掌都贴住,而是把脚掌侧面刚毛少的地方闲置下来,因为刚毛数量够多(实际上壁虎只需要一只脚就能撑住整个身体的重量),所以它不会掉下来。当它想要离开的时候将整个脚垂直抬起稍微用点力就能马上将脚抽离。

就是刚毛的生长角度使得壁虎的粘粘的脚能快速附着、抽离,应付自如。而且灵活与弯曲的配合可以帮壁虎快速改变方向以更好捕捉猎物,这需要角度、柔韧度和弯曲度之间达到非常微妙的平衡才能做到。

了解了壁虎在墙上爬行之后,人类是否能实现蜘蛛侠的在墙壁间穿梭自如的梦呢?和壁虎类似的有黏黏的脚部结构的动物还有昆虫和蜘蛛、苍蝇等,但是很遗憾的是人类无法做到这一点。所有利用这一技术实现倒挂爬行的动物里壁虎已经是体型最大的了,壁虎和人体的重量、大小差距实在太大。

总而言之,壁虎“脚毛”的结构是分层次的,四条腿,脚趾,皮肤的皮瓣、形成一个个分支的刚毛。这些都要与其他层次和壁虎的肌肉生理机能配合。该团队还想对壁虎的脚进行更深研究,在了解更多壁虎的生理结构时,想办法模仿它们做出类似人工粘合剂的东西。

本文译自 LA Times,由译者 小笨 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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