Геконите се катерят по стените, използвайки силите на Ван дер Ваалс

Геконите се катерят по гладки вертикални стени със скорост 1 м/сек. и дори се задържат на таван с главата надолу. И го правят и на полирано стъкло, и се задържат само на един крак. Освен това, те могат бързо да превключват лепкавостта на краката си и да я изключват, според проучване, публикувано в Journal of Applied Physics.

Геконите имат издути пръсти на краката, които са покрити с многобройни микроскопични власинки, които при близък контакт с повърхността прилепват посредством силите на Ван дер Ваалс, наречени на името на холандски физик открая на 19-ти век

.

Силите на Ван дер Ваалс представляват привличане между постоянни и временни диполи в атоми или молекули, те са причина за това, че газове като хелия стават течни при низки температури. 

Електроните не обикалят около ядрата подобно на планетите около Слънцето, а според квантовата теория тяхното движение се описва като вълна на вероятностите, която се променя във времето. Това е причината заряда в различни части на атома да се променя, заради което те се държат по-скоро като дипол – частици с двуполюсен заряд. Силите на на Ван дер Ваалс възникват в резултат на поляризацията на молекулите и образуването на диполи.

Тези сили действат на много малки разстояния между молекулите и рязко намаляват с увеличаване на разстоянието между повърхностите (обратно пропорционално на 6-тата степен на разстоянието). Тя започва да действа, само когато две повърхности са възможно най-близо една до друга. Но за да може толкова слаба сила да задържи гекон върху вертикална стена, е необходима огромна контактна площ между повърхността на стъпалото на гекона.

Сложната структура на стъпалото на гекона дава такава възможност. Учените открили, разглеждайки пръстите на гекона Токи (Gekko gecko) с електронен микроскоп, че те са покрити с много фини косъмчета, с дължина от само 100 микрона или 0.1 mm (два пъти дебелината на човешки косъм). Те са много гъсто опаковани - до 14 400 косъмчета на 1 mm² или около 1.5 милиона на cm²  - вижте снимката долу (Б).

Но това не е всичко. Всеки косъм, от своя страна, се разклонява в края си на 400-1000 разклонения (В). Всяко разклонение завършва накрая с триъгълна лопатка (Д). Тези невероятно малки лопатки са широки само 0,2 микрометра (2/10 000 мм). И ако стъпалото на гекона има контактна зона малко повече от 1 cm² , то тя може да докосне повърхността с два милиарда окончания.

Същото количество човешка коса със средна гъстота, ще изисква цялата площ на футболно игрище.

Особеното стъпало на гекона, благодарение на плътното разположение на косъмчетата и тяхното разделяне в края на хиляди разклонения има един милион пъти по-голяма площ при близък контакт, отколкото при гладко стъпало. Затова и силата на сцепление на Ван дер Ваалс достига до 10 Нютона (1кг) на см², напълно достатъчно да задържи един гекон дори и на един крак от тавана.

Именно геометрията, а не химичният състав на повърхността на стъпалото, позволява това.

Но се оказало, че отделната власинка има сила на привличане 10 пъти повече от очакваното. Само една е може да задържи цяла мравка. Теоретично, 6 милиона геконови власинки могат да генерират достатъчно сила за да задържи увиснали двама човека.

Власинката може да се отдели от повърхността, когато е под ъгъл 30°. Геконът управлява "залепването" и "отлепването" като използва изключително сложно поведение без значителни разходи на енергия. Друга интересна особеност е, че кракът на гекона се самопочиства, за разлика от самозалепваща се лента, която бързо се покрива с мръсотия и престава да върши работа.

Дизайнът на крачето на гекона е вдъхновило учените да разработят необичайно ефективен начин за суха адхезия (сцепление), съобща Physics World.

Гейм и колегите му използват нанообработени полиимидни влакна, за да имитират геконовите косъмчета. (снимка: Andre Geim)

Д-р Андре Гейм от университета в Манчестър е ръководител на катедрата по Физика на кондензираното състояние и директор на Института по Мезонауки и нанотехнологии към същия университет. Той е направил самопочистваща се лента от гъвкави влакна от полиамид с дебелина 5 микрона. Лентата е направена с помощта на електронно-лъчева литография. Изкуствените влакна са с дължина 2 микрона, с диаметър от около 500 нанометра и периодичност на 1.6 микрона, с площ от приблизително 1 cm², по подобие на краката на гекона.

Лента с контактна площ от около 0,5 cm²  е била в състояние да издържа натоварване повече от 100 грама. Но създаденият от хората филм не е успял да издържи залепване и отлепване повече от няколко пъти. Но ако е възможно да се постигне това, ръкавиците и обувките, направени от този материал биха позволили на хората подобно на спайдърмен да изкачват и да се задърщат на всякакви повърхност.