Техника - молодёжи 2001-12, страница 10

Каким образом мухам, муравьям и другим насекомым, а также ящерицам-гекконам удается удерживаться на стенах и даже потолке, а также передвигаться по ним? Ответ на этот вопрос попытались получить биологи из Университета Вюрт-бурга в Германии, Массачусетсского университета в США и некоторых других научных учреждений.

Ученые исследовали механизм перемещения пчел и муравьев по оконному стеклу и сравнили их «альпинистское мастерство» со сходными навыками других насекомых и ящериц-гекконов. Наблюдение под микроскопом позволило установить, что на кончике

ПРИРОДЫ

мягким переплетом. Поставьте такую книгу «на попа» вверх корешком и слегка прижмите. Страницы в нижней части изогнутся, растопырятся словно веник. Сходство с веником только усиливается, когда при большем увеличении становится видно, что каждый листок покрыт сотнями тысяч тонких волоскообразных отростков, называемых щетинками. Счет им на одной только лапке идет на миллионы. Щетинки, в свою очередь делятся на сотни лопатообразных кончиков, каждый из которых имеет всего 200 нм в диаметре (меньше, чем бактерия).

Когда исследователи, имитируя движение лапки геккона, сначала прижимали щетинку к сенсору измерительного прибора, а затем отрывали, то обнаружилось, что она способна сопротивляться их усилиям с силой, достаточной, чтобы выдержать вес

ползущие® т

каждой лапки насекомых имеется пара микроскопических «коготков». Они идут в ход, когда есть возможность зацепиться хотя за микроскопические неровности. Между коготками находится подушечка под названием «аролиум». Она используется в тех случаях, когда стенка оказывается слишком гладкой и ухватиться за нее не удается. Поверхность этой подушечки смазана неким клеевидным веществом, липкость которого загадочным образом регулируется. Одно из предположений: регулировка ведется при помощи сверхслабых электрических сигналов, подаваемых по нервам (В настоящее время ученые пытаются наделить подобными способностями миниатюрных роботов.)

Еще большее удивление исследователей вызвали лапки геккона. Одно время полагали, что весь секрет в уникальных присосках, которыми они снабжены. Потом уповали на клей, которым-де они смазаны Ну а теперь американские ученые, кажется, додумались: «Геккон при движении использует законы субатомной физики!» Во всяком случае, к такому выводу пришла «Команда гекко» — так называет себя группа ученых, которую возглавляют физиолог Келлар Отан из колледжа Льюиса и Кларка в Портленде, штат Орегон, и бионик Роберт Фул из Калифорнийского университета в Беркли

Взбегая вверх по вертикали, ящерица ставит ноги так, что одна прилипшая к поверхности лапка запросто выдерживает вес всего тела. Однако при этом не заметно, чтобы геккон прилагал какие-то усилия, чтобы оторвать «приклеенную» ногу, когда собирается сделать следующий шаг. В чем тут хитрость? Чтобы понять это, исследователи внимательно осмотрели лапки геккона под микроскопом. Выяснилось, что их подушечки снизу прикрыты листочками ткани, расположенными, подобно страницам в книге с

муравья. Однако ни особого разрежения, свойственного вакуумным присоскам, ни тем более клея на щетинках обнаружить не удалось. Как оказалось, здесь работают силы Ван-дер-Ваальса, названные так по имени открывшего их в конце XIX в. голландского физика. Или говоря иначе, силы межмолекулярного взаимодействия. Суть тут вот в чем. Каждая молекула, как известно, состоит из атомов. А те, в свою очередь, из положительно заряженных ядер, окруженных облаком отрицательно заряженных электронов. Поскольку облака соседних атомов обладают зарядами одного знака — отрица-

На снимках, сверху вниз:

Сам геккон, наверное, и не подозревает, сколько уникальными приспособлениями снабдила его природа.

Тонкие листики ткани покрывают снизу каждую лапку геккона.

Листики покрыты сотнями тысяч волосков-щетинок.

Каждая щетинка имеет на конце тысячи лопаточек. Слабые молекулярные силы на этих лопаточках придают лапкам геккона своеобразную липучесть.

тельными, они взаимно отталкиваются. Но разлететься атомам из одной молекулы не дают так называемые силы дисперсного притяжения, образуемые положительно заряженными ядрами. Вот этими-то силами на субатомном уровне и ухитряется манипулировать геккон. Когда он опускает лапку на поверхность, лопаточки на конце ее щетинок столь плотно прилегают к ней, что вступают в действие силы Ван-дер-Ваальса между молекулами этих щетинок и молекулами подстилающей поверхности. Лапка как бы прилипает к древесному стволу или к потолку Однако стоит геккону чуть потянуть ее, готовясь сделать следующий шаг, как силы дисперсного притяжения перестают работать. Зато вступают в действие силы электронного отталкивания, и лапка без труда отделяется от поверхности.

Вот, оказывается, до каких тонкостей доходит порой природа конструируя то или иное приспособление Теперь ее патентами пытаются воспользоваться бионики. Во-первых, они хотели бы усовершенствовать обычную липкую ленту-скотч. Ныне она, как известно, для повторного применения не пригодна — клеевое соединение разрушается. А вот ленту с искусственными щетинками можно будет использовать многократно. Причем она будет работать даже в условиях вакуума, на что обычный скотч не способен. Так что космонавты смогут применять эту ленту для крепления оборудования с наружной стороны станции. Кроме того, если снабдить волосками-щетинками «лапы» робота есть надежда, что и он будет способен лазать по стенам Наконец, «гекко-перчатки» и спецобувь со щетинками, наверное, с удовольствием примут на вооружение скалолазы, монтажники-верхолазы, пожарные... Ведь тогда намного упростится техника восхождения по отвесным скалам и стенам небоскребов. Первые приспособления подобного типа уже проходят испытания. Так, немецкий изобретатель Ге-^v Шг ральд Винклер создал аппарат Геккомат», который дает возможность человеку «разгуливать» по стенам небоскребов, скалам и прочим неприступным объектам. Новое изобретение опробовал испытатель телепрограммы «Би-Би-Си» «Завтрашний мир». Он смог пройти 20 м по вертикальной стеклянной стене и признал, что система работает вполне удовлетворительно. Но не более того Дело в том, что изобретатель так и не смог воспользоваться силами Ван-дер-Ваальса и ограничился банальными присосками. Кроме того, «Геккомат» получился тяжелый: все оборудование весит около 30 кг Присоски на лапках геккона весят куда меньше. ■

Станислав СЛАВИН, по материалам иностранной печати

ТЕХНИКА — МОЛОДЕЖИ 12 2001

8