為什麼說每隻壁虎都是貼膜大師?

在紐約市的高樓大廈間飛來蕩去，

在飛馳的車流中自由穿梭，

在光滑的玻璃牆幕上快速爬行，

「蜘蛛俠」的這一身本領讓人「眼熱」，

如果我們也能像他一樣飛簷走壁，

是不是很酷？

其實，這個美夢已經不再是夢，

只不過靈感不是來自吐絲的蜘蛛，

而是腳底多毛的壁虎。

壁虎「憑什麼」飛簷走壁？

在自然界中，不少動物練就了一手爬牆如履平地的絕技，蜘蛛、螞蟻、蒼蠅、壁虎等都有這一門功夫，不僅可以在牆壁上直上直下的行走，還能在天花板上停留與爬行，簡直視重力如無物。

壁虎爬行

如果說蜘蛛、蒼蠅是因為體重很輕，可以用小爪子勾住牆壁，而爪子裡的毛（或毛狀物）可以吸附在牆壁上，從而克服自身的重力，實現「飛簷走壁」的話，那比它們要重得多的壁虎，要怎麼做到這一點呢？

其實，壁虎或多或少使用了與蜘蛛相同甚至更為精妙的技巧。

以大守宮為例，它是亞洲體型最大的壁虎，體長可達30至40釐米，重達200至300克。

我們用肉眼就能看到它柔軟的足墊上呈現出一條條弧狀褶皺，長度約為1～2毫米，就像膠鞋的鞋底凹槽一樣，但要精細很多。

上世紀60年代，科學家利用掃描電鏡發現，它們的腳掌呈現出一種多分級、多纖維狀表面的錯綜複雜的黏附系統結構。

壁虎的每個腳趾，都長著數百萬根極細的「剛毛」，每根剛毛的長度約為30～130微米（1微米=0.001毫米），直徑約為人類頭髮直徑的十分之一。

而每根剛毛的末端，又分叉形成數百根更細小的鏟狀絨毛(100～1000根)，每根絨毛長度及寬度方向的尺寸約為200納米（1納米=0.001微米），厚度則在5納米左右。

科學家測算，壁虎在每平方釐米麵積上的剛毛數量多達1萬餘根，而一隻大守宮壁虎腳掌上剛毛數量約為600萬根。

這種精細結構使得剛毛與物體表面分子間的距離非常近，從而產生分子引力，即範德華力。

（也有說壁虎爬牆是利用卡西米爾效應，這兩種說法其實都沒錯。範德華力是卡西米爾效應的微觀角度描述，是分子尺度的卡西米爾效應，二者在此處是等價的。）

神奇的「範德華力」

不用膠水就能黏上

範德華力是產生於分子或原子之間的吸引力，由於這種引力過於微弱，通常沒有人加以注意，比如新手機屏幕保護膜就是靠範德華力「粘」在手機屏幕上的。

其實，當我們把手貼到牆上時，也會產生範德華力，那為什麼我們可以毫不費力地移開，沒有被黏上的感覺。手指與牆壁之間的範德華力去哪了呢？

這是因為你的手指並沒有真正碰到牆壁，或者說實際接觸面積太小。

牆壁表面看似平整，但如果放大成千上萬倍就會發現其實是凹凸不平的，你的手指只是放在了牆壁不規則表面的頂端，手指上大部分的分子其實離牆體很遠，形成的吸引力根本不值一提。因此，你的手並不會被吸附到牆壁上。

與前面情況不同的是，壁虎腳趾上達到納米量級的剛毛，使得壁虎能輕易與各種表面達到近乎完美的結合。

雖然每根剛毛產生的力量微不足道，但累積起來就很可觀。

壁虎每一根剛毛末端的鏟狀絨毛與牆面之間都能產生相當於一粒沙子重量的吸引力。一隻大守宮每個腳掌的面積大約是227平方毫米，長著約300萬根剛毛，可產生約20牛頓的吸附力，而它的重力只有大概3牛頓。

所以，只用一隻腳，它們也能牢牢抓住牆面。

這時候有人要問了，既然粘力強大如斯，壁虎要怎麼「拔腳」呢？

其實，壁虎就是用揭手機膜的方法拔腳的。通過高速攝像機，科學家們觀察到壁虎每次拔腳都是從向上捲曲趾尖開始的，相當於先揭開一角。從彎曲趾尖到整個腳脫離平面，只用短短一瞬間。

動一動腳掌

不帶走一顆沙粒

壁虎生活的環境並不是那麼乾淨，灰塵、花粉顆粒，這些都足以讓壁虎失足，可是也沒見哪只壁虎好端端的從天花板上掉下來，可謂「踏雪無痕」，這其中有何玄機呢？

那我們得先了解一下什麼是「荷葉效應」。

「荷葉效應」是指表面的一種超疏水性，這種「疏水性」指的是一個分子與水互相排斥的物理性質。這也是為什麼我們經常可以看到水滴在荷葉上來回滾動的原因。

壁虎腳底的剛毛及其絨毛，就具有類似的自潔能力。它們從不清理自己的腳，腳底也不會自動分泌液體。但是不管在多麼髒的物體表面行走，當它走了幾步後，腳上的髒物就會自動脫落。

壁虎腳在踩到髒物後，髒物的顆粒只是堆積在剛毛表面，而不是粘在剛毛上。因此，當堆積到一定程度之後，髒汙顆粒在重力作用下就會脫落。

我們也可以「壁虎漫步」嗎？

對我們來說，在皮膚上長出天然的剛毛顯然是不可能的了，那能不能穿上一件帶有納米剛毛的靴子或手套的蜘蛛俠套裝呢？

還記得《碟中諜4》中阿湯哥徒手爬800多米高的杜拜塔嗎？

阿湯哥當時用的正是神奇的「壁虎手套」。雖然沒有阿湯哥那麼拉風，但現實中「壁虎手套」已經出現。史丹福大學研製出的一個小工具，可以使人類像蜘蛛俠一樣立在玻璃上，攀巖者使用它成功的爬上了光滑的玻璃。

不止是壁虎手套，還有很多靈感來自於壁虎的新技術產品。比如，可以讓人類攀爬在透明玻璃牆上的小發明，讓機器人能夠拉動比自身重量重數百倍物體的器械，以及方便太空人用於空間修復的鉗子等。

前不久，德國科學家也開發出一種具有超疏液性的仿生纖維粘合材料。這種特殊的蘑菇形絨毛結構，不僅可以排斥水，而且可以有效地排斥任何液體，包括油，並且始終保持粘合力。

幾十億年的進化與「適者生存」造就了壁虎等生物在各種表面上運動的能力，這種能力遠超越了人們的想像。雖然，人類目前還不能達到這樣的水平，但隨著對壁虎等生物超強黏附能力研究的深入，相信，我們未來的生活將會變得更好、更有趣。

創作：中國科技館新媒體團隊

審核：冉浩 新媒體團隊特邀專家