Юный техник, 2008 № 08 - [9]
Профессор кафедры химии Московского государственного университета леса Юрий Михайлович Евдокимов, известный нашим читателям по нескольким публикациям о клеях, недавно отвлекся от своей непосредственной работы и провел серию исследований… механизма передвижения мух и пауков по гладкой поверхности.
Сначала им были оценены параметры сцепления мушиных лапок с различными материалами — стеклом, металлами, полимерами, бумагой… Оказалось, что лучше всего лапки мух прилипают к стеклу (сила сцепления равна 4,1 г/кв. см), меньше — к бумаге и слюде (3,8 и 3,4 г/кв. см соответственно).
При взлете мухи минимальное значение прочности прилипания наблюдалось при углах отслаивания от 15 до 45 градусов. То есть муха должна сначала как бы сдвинуть лапки по поверхности, а уж потом отрывать их совсем. Некоторые виды пауков, например, полосатые тарантулы, выделяют прямо из своих лапок липкий шелк.
Кроме того, на каждой лапке паука есть небольшая область, на которой расположены десятки тысяч щетинок диаметром около 1 микрона (10>-6 м). Эти щетинки не только цепляются за мельчайшие неровности поверхности, в ход идут и так называемые силы Ван-дер-Ваальса, действующие на молекулярных расстояниях. Причем общая сила сцепления может удерживать вес, многократно превышающий массу паука.
Насекомые — божья коровка, муха и паук — всем известные специалисты по части лазания. Но и геккон им ни в чем не уступает. Он также может лазать по любым наклонным, вертикальным поверхностям и даже потолкам. На снимках при сильном увеличении показаны приспособления, которые помогают им удерживаться.
Полученные данные, по мнению профессора Евдокимова, облегчают задачу создания демонстрационных моделей передвижения пауков, гекконов, мух. А эти модели, в свою очередь, приведут, в конце концов, к созданию роботов, которые смогут передвигаться по вертикальным поверхностям подобно насекомым. А поскольку силой прилипания нужно управлять — много ли толку, если робот не сможет оторвать от поверхности свою приклеившуюся ногу? — профессор предлагает использовать электрореологические жидкости, то есть жидкости, которые при наложении внешнего электростатического поля переходят в твердое состояние и вновь становятся жидкими при снятии поля.
Подойдут для этой цели и магнитные жидкости, переходящие в твердое состояние при действии внешнего магнитного поля, полагает он. При этом сами источники электрических и магнитных полей можно расположить на теле роботов.
Крохотная древесная зеленая лягушка — заурядный житель тропиков — тоже привлекла внимание исследователей своей способностью взбираться по отвесным стенам и висеть вниз головой на потолке. Недавно индийским ученым, похоже, удалось разгадать ее секрет.
Исследователи тщательно изучили под микроскопом лапки этой лягушки и обнаружили микроскопические каналы в стопе, содержащие липкую слизь. Эффект присасывания вместе с невысыхающим клеем и позволяет лягушке путешествовать по стенам и потолкам.
Один из руководителей исследовательской группы, Анимангсу Гхатак, отметил, что природа создала в течение миллионов лет столь совершенные механизмы липучести, что людям лишь остается их копировать. Ведь живые существа приклеиваются с силой, до 100 раз превышающей их собственную массу. Причем этот механизм действует безотказно и многократно, не боится пыли. Ученым уже удалось создать искусственную липучку, которая в 30 раз сильнее обычного скотча и в то же время может использоваться многократно.
А ученым Института имени Макса Планка в Штутгарте при поддержке американских коллег удалось получить на основе аналогичных исследований липкую ленту вообще без клея. Она имитирует щетинки на лапках насекомых и будет использована для покрытия конечностей роботов, которые смогут ходить по отвесным поверхностям.
Так выглядит под микроскопом мушиная лапка. А на нижнем снимке показана синтетическая структура, созданная по патенту природы.
Полимерная лента покрыта расположенными в шахматном порядке с шагом около полусотни микрон волосками высотой несколько десятков микрон. Каждый волосок венчает напоминающая присоску грибовидная шляпка на утонченной ножке, облегчающей поворот на нужный угол.
Такая структура обеспечила прочность сцепления со стеклом в 60 килопаскалей, что в несколько раз выше возможностей всех присосок и прочих приспособлений такого рода.
Этот результат уже не так далек от способностей жуков, пауков и гекконов — у них прочность прилипания около 100 килопаскалей. Лента выдерживает множество циклов прилипания, но постепенно ее способности уменьшаются из-за грязи и пыли. Впрочем, чтобы восстановить качества ленты, достаточно просто вымыть ее с мылом.
С новой лентой на колесах-лапах небольшой радиоуправляемый робот весом 120 г уже успешно проехал по стенам и потолку.
В. ВЛАДИМИРОВ
РАССКАЖИТЕ, ОЧЕНЬ ИНТЕРЕСНО…
К вопросу о возрасте Земли
Утверждают, что нашей планете примерно 4.5 млрд. лет, а Вселенной около 20 млрд. лет. Причем в разных источниках данные отличаются. Как все же правильно?
Ирина Толмачева.
г. Иркутск
