Костюм для Спайдермена

Британские учёные продемонстрировали ткань, созданную по принципу эпителия геккона, которая обладает колоссальной липкостью.

Ещё за 350 лет до нашей эры Аристотель в своей "Истории животных" отметил удивительную способность некоторых ящериц, в частности, гекконов, перемещаться по отвесным и совершенно гладким поверхностям и даже свисать с потолка. Гекконы – небольшие довольно подвижные насекомоядные ящерицы с характерным строением пальцев. Находят себе пропитание преимущественно ночью, причём в поисках добычи могут смело забираться в постройки и бегать по стенам и потолке (при этом иногда падая на голову мирно спящих людей). В последнее время являются довольно популярными домашними питомцами.

Так вот, проходили столетия, но нераскрытая загадка невероятной липкости гекконовых лапок не давала покоя всё новым поколениям исследователей. Относительно природы цепкости конечностей гекконов было последовательно выдвинуто и опровергнуто несколько гипотез. Так, в частности, выдвигалось предположение относительно того, что прикрепление пальцев животного обеспечивается присасыванием, однако позже выяснилось, что гекконы сохраняют способность передвигаться по гладким отвесным поверхностям даже в вакууме. Подробное изучение макроскопического строения покровов показало, что какие-либо железы, которые могли бы вырабатывать клейкие вещества, также отсутствуют. Казалось, небольшие ящерицы двигаются против законов физики.

Решение загадки было получено лишь в последние годы, после ультрамикроскопии эпителия конечностей гекконов. Исследования, проведённые, в частности, специалистами Калифорнийского университета в 2000 году на гекконе вида Gekko gecko, показали, что поверхность каждого из пальцев животного покрыта миллионами пластичных микроскопических волосков порядка 2 микронов в высоту и 0,2 микрона в диаметре. Каждый из волосков, в свою очередь, на вершине разветвляется на ещё более мелкие лопастевидные щетинки.

Дальнейшие исследования эпителия пальцев гекконов привели калифорнийских учёных, возглавляемых профессором Робертом Фуллом (Robert Full) к предположению, что в основе невероятной липкости конечностей гекконов могут лежать капиллярные процессы, а также силы межмолекулярного взаимодействия, а именно так называемые силы Ван-дер-Ваальса. Последние имеют относительно небольшую энергию (до 40 кДж/моль) и возникают только между молекулами, находящимися на близком расстоянии. Силы Ван-дер-Ваальса играют большую роль в биохимических процессах в живом организме, в частности, как предполагается, при формировании фермент-субстратного комплекса.

Профессор Фулл полагает, что как раз мельчайшие щетинки на концах обнаруженных волосков, изгибаясь при контакте с поверхностью, и создают условия для возникновения межмолекулярного притяжения. И хотя сила, развиваемая одиночным волоском, очень незначительна, суммируясь от миллионов отдельных щетинок, в результате создает весьма значительное сцепление. Поэтому не удивительно, что гекконы могут свисать с потолка, удерживаясь только на нескольких пальцах.

Получённые исследователями результаты закономерно породили желание создать искусственный материал, который бы обладал такими же характеристиками, как и кожа геккона. В скором времени калифорнийские исследователи продемонстрировали, что синтетические волоски, по размеру и строению повторяющие таковые на лапках геккона, имеют такую же присасывающую силу. Следующим шагом было создание хотя бы небольшого кусочка искусственного материала, покрытого такими волосками.

Наконец, на днях в прессе появилось сообщение, что группа учёных Манчестерского университета во главе с Андре Геймом (Andre Geim), а также, как сообщает журнал Independent, в сотрудничестве с российским Институтом проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов из Черноголовки, получили первые образцы клейкого материала, созданного по принципу кожи геккона. В качестве демонстрации было показано, что кусочек клейкой ленты площадью 2 квадратных миллиметра способен удержать на весу игрушку Спайдермена высотой 15 см и весом 40 г. Это означает, что если покрыть такой плёнкой обе ладони, этого будет достаточно, чтобы выдержать вес среднего человека. Как отметил Гейм, сначала в задумке было произвести достаточно клейкого материала для того, чтобы с потолка смог свеситься настоящий человек, однако потом решили, что такая демонстрация, не особо научно оправданная, обошлась бы слишком дорого.

Пока, как видим, учёным удалось получить лишь несколько квадратных миллиметров "суперлипкой" ткани. Кроме того, искусственный материал после 7-8 использований приходил в негодность, тогда как живым гекконам он служит на протяжении всей жизни. Однако в случае, если данный материал всё же удастся производить в значительных масштабах, как полагают учёные, сфера его применения может быть широчайшей. Так, например, можно было бы производить "суперлипкую" обувь и шины, которые бы имели намного лучшее сцепление с дорогой при любой погоде. Новый материал пригодился бы альпинистам, верхолазам, спасателям и т.д., в конце концов, супергерои вроде Спайдермена или небезызвестного Нео могли бы выполнять свои трюки вживую, без помощи специалистов по компьютерной графике. Предлагается также использовать сверхлипкую ткань при автоматизированной сортировке микросхем в вакууме, в хирургии, а также для создания роботов, способных передвигаться по отвесным поверхностям, в частности, марсианских роверов и роботов для осмотра повреждений обшивки космических станций.