为什么壁虎可以飞檐走壁?

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为什么壁虎、蜘蛛以及其他一些昆虫可以轻松地在墙壁和天花板上自由攀爬,却丝毫看不出它们有克服重力的困难?近日,俄勒冈州立大学的研究人员构建了一个模型,可以解释这一现象。

该研究成果已发表在最新一期《应用物理学杂志》(Journal of Applied Physics)上,研究发现壁虎的脚趾上具有特殊的结构—一种极细的、具有分支的硬毛即“刚毛”。壁虎正是利用脚趾上的刚毛,游刃有余地控制脚趾吸力大小,甚至不费吹灰之力地抬起原本在吸附状态下的脚趾。这种神奇的绒毛使壁虎能够攀爬自如,并成为它们特有的生存技能。正因为如此,壁虎在面对捕食者时常常能化险为夷。

俄勒冈州立大学工程学院的亚历克斯·格里尼副(Alex Greaney)教授指出:“壁虎运用这种纳米级结构和力量控制的能力简直是不可思议的。这种运用机制不仅仅依赖刚毛的生物学功能,更依赖于壁虎脚趾的吸附角度、吸附灵活性和强大的吸附能力。”

同时他还提到,壁虎在天花板上爬行时,脚趾上的刚毛可以与基底形成成千上万个接触点,但它可以准确地控制整个吸附和脱附过程。在这个复杂的过程中消耗如此之小的能量是值得关注的。正是依靠这种巧妙的吸附和脱离系统,壁虎的爬行速度可以达到每秒20倍身长,同时利用刚毛提供的吸附力牢固地吸附在天花板上,而这种吸附力可达到壁虎自身重量的50倍。

壁虎的脚趾本身是不带有粘性的,但它们却可以轻松控制吸附和脱附功能。图片来源: eurekalert.org

在后续的研究中,科学家们将围绕壁虎的这种吸附和脱附的运用机制开展储能复原及更多基于此机制的应用研究,例如研发更先进的吸附技术、或将此机制运用在机器人技术上以提高其操作性能和克服极端环境条件。

实际上,关于壁虎和昆虫的吸附系统研究的文字记载可以追溯到几千年前,但直到2000年,科学家们才证实它们正是通过物理学上的范德华力-一种微弱的分子间作用力来实现的。壁虎的脚通常被认为是不带有粘性的,但它却能够通过消耗极小的能量而产生惊人的吸附力,这就是壁虎们飞檐走壁的奥秘。(编辑:粉条er)

文章题图:cdstm.cn

编译来源

eurekalert.org,Scientists discover the miracle of how geckos move, cling to ceilings

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