人類能像壁虎一樣在牆上行走自如嗎?

2020-12-06 百家號

在電影《諜中諜4》中,阿湯哥曾戴著一雙「壁虎手套」,順著玻璃牆,徒手攀爬世界第一高樓——哈利法塔。

當然,這只是電影的一個橋段,壁虎手套是人們想像出來的。但在自然界中,壁虎爬牆的本事,卻真的讓人類垂涎三尺。無論是粗糙的樹幹,還是光滑的玻璃,壁虎都能行走如飛。壁虎為什麼有如此神奇的本領?

原來,秘密就在壁虎的腳掌上。

人們曾經以為壁虎的腳掌能在各種材質的牆壁上行走,是由於粘液或腳掌上小吸盤的幫助。但這些假設很快被實驗推翻了。簡單想一想就能明白,如果壁虎是被粘液或吸盤牢牢地吸附在牆上,它怎麼能夠靈活地邁步呢?所以,壁虎行走的迷題一直沒有很好的解釋。

直至2000年,美國科學家用電鏡放大觀察壁虎的腳掌,發現壁虎的腳掌充滿了無數小的毛狀物體。由於這些物體比較硬,又稱為「剛毛」。那些看似小鉤子一樣的剛毛末端,實際上是開叉的,每根剛毛都分成了100-1000根更細的絨毛,這些絨毛的尺寸小到納米級品。

因為這些絨毛如此之小,以至於整體的表面積大大提高。極大的增加了壁虎腳掌的表面積,特別是當壁虎攀在那些粗糙的物體表面時,這些絨毛更能填滿那些細小的坑窪。

現在要說的,就是壁虎最牛B的地方了。它根本不是靠人們想像的宏觀條件下的力吸附。它依靠的是剛毛上的小絨毛,與牆壁產生的範德華力——也就是說,是它腳掌上的分子與牆壁分子間產生的力!

說到範德華力,是一種發生於分子與分子之間的吸引力。下面的小實驗可以讓你體會到範德華力的力量。

找兩本厚一點的書,最好是紙張薄軟一點的,像洗撲克牌一樣把兩本書的書頁一張壓一張的疊在一起。全部疊完後用手壓一壓,然後分別抓住兩本書的書脊,試試能把它們拉開嗎?把兩本書「粘」在一起的力量,就是範德華力。

如果你沒有耐心把兩本書一頁一頁的交疊,也可以去買一部新手機。很多人都特別享受揭開新手機屏幕保護膜的那個瞬間,其實那層膜就是靠範德華力「粘」在手機屏幕上的。

相比讓原子構成分子的那些作用力,範德華力很小,生活中我們往往不會在意到它的存在。但是這個很小,只是相對來說的。億萬根這樣的絨毛足以產生巨大的吸引力,從而可以使得壁虎爬上任何物體表面,甚至玻璃的天花板。有科學家測算,壁虎腳掌上剛毛產生的吸附力,可以達到其體重的50倍。

聽到這兒,是不是覺得壁虎超級牛B。人類文明發展了上萬年,也就是近一、兩百年,才開始認識到原子、分子間力的作用。而壁虎,則早已運用分子間的範德華力吸附在牆上傲嬌幾百萬年了。

壁虎腳掌這麼好玩的課題,當然不會逃脫科學家的視線,於是,科學家們就想試試能否做出像壁虎腳掌一樣的膠帶。這種膠帶最大的優勢是可以反覆使用,而且吸附力強大。未來,人類也可以像壁虎一樣自如攀爬高樓,《諜中諜4》中的鏡頭絕不是夢。

於是,科學家模擬壁虎腳掌的結構,在一種高分子材料(聚醯亞胺)上進行刻蝕,製造出單個微突起直徑為500nm,高2μm,以間隔1.6μm周期性排列的表面。製作了一片小小的膠帶。放大後,膠帶表面是這個樣子的(密集症患者請迴避~~~):

這種膠帶中每0.5平方釐米負重可達300克的物體。如果要把一個人粘在牆上,用一張A4紙大小的膠帶就足夠了。而且這種膠帶可反覆使用,被稱為「壁虎膠帶」。

這一次,科學家充分發揚逗逼精神,把蜘蛛人(模型)牢牢地粘在天花板上。於是。。。世界媒體沸騰了。。。這是人類為數不多地仿照動物身體微觀結構,製造出的神奇材料。

仿生材料學,自此進入研究高潮。

哦,順便說一句,美國的科學家們已經真正地發明出了「壁虎面板」。並且成功地攀爬上一面二十幾米高的高牆。。。是不是有種想立刻爬牆的衝動?

關於壁虎手套的研究,絕對可以拍攝一部不亞於好萊塢科幻大片的科學紀錄片。【漫科普】的小編改天再跟大家好好嘮一嘮這項研究。

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