作者彭志龙,Jam仅对原文进行了摘抄。


守宫种类虽然多种多样,但其脚掌黏附系统的结构在微观上却是惊人的相似,从下图所示的不同种类守宫的脚掌结构是不难得出这个结论的。

以大守宫为例来说明守宫脚掌结构的特点。

它是亚洲体型最大的守宫,体长可达30至40厘米,重达200至300克,是科学家常用来研究的对象。我们用肉眼就能观察到它柔软的足垫上呈现出一条条弧状褶皱,长度约为1-2毫米。

研究表明,守宫的黏附系统是一种多分级、多纤维状表面的结构,守宫的每个脚趾生有数百万根细小刚毛,每根刚毛的长度约为30-130微米,直径为数微米,约为人类头发直径的十分之一。

刚毛的末端又分叉形成数百根更细小的铲状绒毛(100-1000根),每根绒毛长度及宽度方向的尺寸约为200纳米,厚度约为5纳米,如下图所示。

2000年,美国路易斯克拉克学院Autumn教授及同事通过实验证实守宫超强黏附力源于脚掌上大量刚毛与物体表面的分子间作用力,即范德华力。

范德华力是中性分子彼此距离非常近时,产生的一种微弱电磁力,大量范德华力的叠加就足以支撑守宫的体重。

守宫这种特殊的多分级黏附系统结构,特别是其最小黏附单元达到纳米量级,保证脚掌能轻易地与各种表面达到近乎完美的结合。

无论多粗糙的表面,由于守宫最小黏附单元非常精细,微观上都接近理想光滑结构,因此两者能形成理想接触,进而保证大量范德华力的叠加产生超强黏附力。

Autumn教授的实验发现:守宫在脱黏过程中刚毛的角度十分重要,唯有在某个临界角度下刚毛才能轻易脱黏。

经过大量实验研究,人们得到该临界角约为30度左右。

守宫宏观各向异性黏附模型:

守宫最小黏附单元(微观)黏附模型:

守宫二级结构黏附模型:

此外,还有一些令人们惊奇的事情。

例如,壁虎在日常生活中难免要经过布满灰尘的地带,脚掌上会沾染灰尘。神奇的是,壁虎黏附力不但依然强劲,而且能够“百花丛中过,片叶不沾身”,“动一动脚掌,不带走一颗沙粒”。

壁虎脚下究竟隐藏着何种玄机?它会使得壁虎能在沾满灰尘的墙壁上依然运动自如。Autumn教授通过对壁虎进行直接的实验测试,发现壁虎脚掌表面具有类似“荷花效应”的自清洁能力。

图7所示的显微照片表明壁虎在爬行过程中清除了脚掌上的灰尘:

 

参考文献:
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