Czy posprzątamy Kosmos łapą gekona?
Zwykle sam wymyślam tematy moich felietonów, dzisiaj jednak muszę przyznać, że temat podsunął mi prof. Janusz Morbitzer, informatyk (mój dawny student!) i specjalista z zakresu pedagogiki medialnej.
Profesor napisał do mnie:
Gekony to gady o fascynujących właściwościach, przede wszystkim w zakresie techniki kontaktu z podłożem. Mogą one wspinać się po pionowych, całkowicie gładkich ścianach, nie pozostawiając przy tym żadnych śladów. Na zasadzie przenoszenia rozwiązań ze świata przyrody do świata techniki mechanizm wykorzystywany przez gekony znalazł zastosowanie m.in. w robotyce (chwytaki pełniące funkcje dłoni robotów) oraz w technologiach kosmicznych (operowanie delikatnymi materiałami w próżni, przy minimum zużywanej energii). A dla tzw. zwykłego konsumenta są w sprzedaży podkładki antypoślizgowe (często o nazwie Gecko lub podobnej), które służą np. do przytrzymywania różnych przedmiotów, np. telefonu komórkowego - sprawiają wrażenie powierzchni klejących, ale nie mają kleju, więc nie są brudzące czy toksyczne.
Zainteresowałem się tematem i stwierdziłem, że łapy gekonów nadrzewnych mają spłaszczone palce, które mogą „przyssać” się do dowolnej powierzchni, ponieważ na spodniej części każdego palca znajdują się blaszki skórne pokryte malutkimi (o średnicy 5 mikrometrów) wyrostkami. Są naprawdę małe - włos człowieka ma średnicę 180 mikrometrów! Tych wyrostków jest bardzo dużo –14 tysięcy na 1 mm2 łapy gekona.
Każdy z wyrostków łączy się z podłożem przy wykorzystaniu sił van der Waalsa, które z natury są niewielkie. Ale wyrostków są ogromne ilości, co powoduje, że cała łapa przylega do powierzchni bardzo mocno i może przenosić całkiem spore siły. Gekon potrafi utrzymać się za pomocą przyczepienia do pionowej powierzchni zaledwie jednego palca!
Ale jak gekon odlepia łapę od podłoża, gdy chce zrobić kolejny krok? Przecież jeśli jest tak mocno przytwierdzona, to trzeba ogromnej siły, żeby ją oderwać?
Otóż nie. Gekon korzysta z tego, że każdy wyrostek z osobna jest przytwierdzony bardzo słabo. Więc przez przytwierdzoną do podłoża łapę przepływa fala ciśnienia krwi, która odrywa wyrostki kolejno, działając na każdy z nich z niewielką siłą. Ale po chwili oderwana jest cała łapa i można wykonać kolejny krok. Gekon Toke potrafi w ten sposób chodzić bardzo szybko (8 kroków na sekundę). Zbadano, że czas potrzebny mu na przyczepienie łapy do podłoża to 21 ms (milisekund – czyli tysięcznych części sekundy!), a odczepianie trwa 42 ms.
Badania mechanizmów przyczepiania i odczepiania łap gekona od gładkich powierzchni prowadził najintensywniej niemiecki Instytut Nowych Materiałów im. Leibniza (INM). Na podstawie tych badań stworzono i opatentowano technologię Gecomer. Materiał o właściwościach podobnych do skóry łap gekona wykonuje się metodami fotolitograficznymi, podobnymi do tych, jakie stosuje się przy produkcji układów scalonych. Osiągnięto przyczepność powyżej 1 N/cm2.
W 2014 roku na międzynarodowych targach Teach Connect World w Stanach Zjednoczonych po raz pierwszy zaprezentowano też Gecobota – robota wyposażonego w chwytaki zaopatrzone w sztucznie wyprodukowaną „skórę gekona”. Wzbudził on duże zainteresowanie!
Sprawą sztucznej skóry gekona zajęli się badacze z University of Massachusetts Amherst w USA. Wytworzyli konkurencyjny materiał o nazwie Geckskin. Urządzenia oparte na naśladowaniu skóry gekona mogą chwytać różne przedmioty także w próżni, gdzie typowe przyssawki, stosowane do chwytania różnych przedmiotów na Ziemi, nie mogą być użyte. Może więc Gecomer lub Geckskin zostanie wykorzystany do zbierania kosmicznych śmieci, których okropnie dużo zgromadziło się już na orbicie wokółziemskiej?