Tajomstvo lepkavých labiek

Americkí vedci vyvinuli prvý materiál, ktorý vo forme lepiacej pásky napodobňuje rýchle priľnutie a uvoľnenie labiek jašterov gekónov pri ich pohybe po zvislých stenách.

Detail povrchu labky gekóna.(Zdroj: Kellar Autumn/Lewis and Clark College)

Americkí vedci vyvinuli prvý materiál, ktorý vo forme lepiacej pásky napodobňuje rýchle priľnutie a uvoľnenie labiek jašterov gekónov pri ich pohybe po zvislých stenách a aj dolu hlavou.

Praktické použitie je široké - od šplhacích pomôcok až po medicínu.

Byť tak niekedy ako Batman...

V prírode vynikajú schopnosťou pohybovať sa po stenách malé až stredne veľké tropické a subtropické jaštery gekóny. Známych je ich vyše tisíc druhov. Ľahko behajú po stenách a sem-tam sa vydajú aj naprieč plafónom. To nevyhnutne vyžaduje, aby ich labky jednak pevne lipli ku kolmému či inak krkolomne orientovanému povrchu a súčasne sa zasa ľahko odliepali.

Gekóny tento cyklus priliepania a odliepania celkom normálne zvládnu až pätnásťkrát za sekundu. Unikátne sú ale tiež tým, že ako jediné jaštery spoločensky komunikujú akýmsi modulovaným cvrlikaním.

Zvlášť najväčší druh, gekón veľký (Gekko gekko resp. gecko), v juhovýchodnej Ázii známy naozaj hlasnými zvukovými prejavmi. Anglické meno tohto tvora, Tokay gecko, znie slovenským a maďarským ušiam sladko. Práve vlastnosti jeho labiek inšpirovali vedcov.

obr1.jpg

Gekón veľký - `tokajský`.

Foto: Kellar Autumn/Lewis and Clark College

Hierarchia lepkavá, keď treba

Päťprsté labky gekónov pokrývajú milióny drobučkých vlákien nazývaných sety. Sú z bielkoviny keratín. Sety sa rozvetvujú na miliardy menších vláskov v nanometrovom meradle nazývaných spatuly. Pred piatimi rokmi vyšiel v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences USA článok o gekóních labkách. Jeho autorom sa podarilo vysvetliť dávne tajomstvo zázračných pohybových schopností gekónov.

Spočívajú vo využití medzimolekulárnych väzieb povrchu ich labiek s povrchom, po ktorom sa pohybujú, na základe van der Waalsových síl v mikro- až nanomeradle (teda milióntin až miliardtín metra). Slúži k tomu práve zložitá hierarchia siet, spatulí a priľnavých plošiek na spodnej strane labiek.

Van der Waalsove sily sa prejavia iba pri veľmi tesnom priblížení kontaktných plôch. Gekónie vlásky sa autorom podarilo aj syntetizovať a lipli k povrchom ako prirodzené. Teraz skupina inžinierov, ktorí spolupracovali s biológmi a bolo sčasti autormi spomenutého výskumu, predložila materiál, ktorý ako prvý spája pevne prilipnutie s ľahkým odliepaním.

Tak ako gekónie labky je lepkavý iba vtedy, keď má byť.

obr2.jpg

Hierarchia stavby povrchu labky gekóna - zľava doprava a zhora nadol so zmenšujcim sa meradlom až po nanosvet. Vpravo dole sú umelohmotné vlákna, napodobujpce gekónie.

Fotomontáž: Kellar Autumn/Lewis and Clark College


obr3.jpg

Detail povrchu labky gekóna.

Foto: Kellar Autumn/Lewis and Clark College

Gekónia páska

Na rozdiel od bežnej izolačnej pásky alebo lepidla sa nový materiál skladá z miliónov drobných, avšak tvrdých umelohmotných vlákien z polypropylénu, ktoré sa prakticky neopotrebúvajú.

Na jednom centimetri štvorcovom je ich 42-miliónov. Dlhé sú 20-mikrometrov (miliontin metra, zodpovedá to pätine hrúbky hárku kancelárskeho papiera) a hrubé 0,6-mikrometra (jedna stotina hrúbky ľudského vlasu). Keď sa pri kontakte s povrchom zohnú, každé udrží záťaž 200-nanonewtonov.

Lipnutie sa aktivuje už pri posune po ploche o 20 mikrometrov. Umelá hmota sama osebe nie je lepkavá. Vlákna z nej, ktoré vytvárajú množstvo kontaktných bodov s plochou, však spoločným účinkom áno. Štvorcový kus pásky z týchto vlákien s dvojcentimetrovu hranou udrží 400 gramov.

obr4.jpg

Poplypropylénové vlákna na povrchu pásky z nového materiálu, imitujúce vlákna na povrchu labky gekóna.

Foto: J. Lee and R. S. Fearing/University of California at Berkeley

Vlákna sa k sebe nelepia a nezamotajú sa ani po sto použitiach. Kým bežná izolačná páska pevne prilipne, keď sa na ňu kolmo zatlačí, nový materiál začne lipnúť ľahkým kĺzaním po ploche a rovnako ľahko sa uvoľní pri zdvíhaní od plochy.

Presne v tom spočíva podstata pohybu gekónov. Labky gekónov inšpirovali aj vývoj iných priľnavých materiálov, ktoré však fungujú viac ako bežné lepidlá. Tento sa ako kefka alebo šmirgľový papier posúva po ploche a vyvíja ťažnú silu.

Páskou z neho tak možno spoľahlivo zavesiť aj objemné plagáty a nástenky. Momentálne udrží štyridsaťkrát väčšiu záťaž, než ako by odpovedalo sile vyvinutej na pohyb po ploche, ktorý spôsobí samotné jeho prilipnitie. Na odlepenie stačí necelá stotina sily potrebnej na prilipnutie. Užitočnejší ako pri takých statických úlohách bude však nový materiál tam, kde je pohyb - napríklad pri šplhaní po naklonených a kolmých plochách.

"Masážou" k vyššiemu výkonu

Nový materiál má tiež ďalšiu unikátnu vlastnosť - opakovaným použitím sa zvyšuje miera jeho priľnavosti. Ukázali to pokusy s pripevňovaním pásky ku zvislej sklenenej doske. Čím dlhšie sa kĺzala po ploche, tým pevnejšie k nej priľnula. Vznikal pri tom automatický brzdiaci efekt.

Zdá sa, že v pozadí je špecifické ohýbanie vlákien, ktoré zväčšuje počet kontaktov s povrchom. A sila priľnutia automaticky rastie pri zvýšení záťaže, ako sa do činnosti zapájajú stále ďalšie vlákna. Keď záťaž pominie, pásku možno ľahko odlepiť. Vedci chcú také ohýbanie vlákien docieliť umelo, aby materiál mal zvýšenú pevnosť od začiatku a nebola potrebná predchádzajúca "masáž".

Veľmi prospešná je i skutočnosť, že na ploche po použití nového materiálu nezostávajú nijaké zvyšky ako po bežných lepidlách. Zatiaľ bol overený na hladkých povrchoch ako sklo, kde vyvíja šestinu priľnavosti gekóních labiek. No s budúcimi verziami sa ráta v kontexte nerovnejších povrchov - pre lekárske vybavenie, športové náradie a po budovách či v teréne sa šplhajúce roboty, ako aj pre zo zábavu či pre z povinnosti sa šplhajúcich ľudí.

obr5.jpg

Čím väčšia je záťaž, tým viac vlákien sa zapája do činnosti pri nepatrnom kĺzavom pohybe pásky z nového materiálu nadol po sklenenej doske. Rast tejto činnosti a tým priľnavosti vyjadruje zväčšovanie plochy svetlých škvŕn v hornej časti pásky.

Foto: J. Lee and R. S. Fearing/University of California at Berkeley

V časopise Journal of the Royal Society Interface to v dvoch článkoch predbežne online uverejnil tím Ronalda Fearinga z Kalifornskej univerzity v Berkeley (USA). Prvý článok je o správaní nového materiálu v makrosvete, druhý o jeho správaní v mikrosvete. Autori článkov spolupracovali s biológmi Robertom Fullom z ich vlastnej inštitúcie a Kellarom Autumnom z Lewisovho a Clarkovho kolégia v oregonskom Portlande.

Hlavné zdroje: Journal of the Royal Society Interface online z 23. januára 2008; Komuniké National Science Foundation, University of California at Berkeley a Ronalda Fearinga z 29. januára 2008.

Na spracúvanie osobných údajov sa vzťahujú Zásady ochrany osobných údajov a Pravidlá používania cookies. Pred zadaním e-mailovej adresy sa, prosím, dôkladne oboznámte s týmito dokumentmi.

Najčítanejšie na SME Tech

Inzercia - Tlačové správy

  1. Infografika: Slováci minuli na Pohode historicky najviac peňazí
  2. Dubravské Čerešne majú sladké prekvapenie pre najrýchlejších!
  3. Veríte brusniciam pri zápaloch močových ciest? Nemusia stačiť
  4. Aká je ideálna vlhkosť a teplota v byte? Výskum hovorí jasne
  5. Dobrú chuť: Letné šaláty a bizarné praktiky food fotografie
  6. Vyberiete si radšej romantický Paríž alebo slnečné Nice?
  7. O asistovanej reprodukcii sa šíri množstvo zavádzajúcich tvrdení
  8. Pivovar Šariš rozdá tisíce eur, o časti peňazí rozhodnú ľudia
  9. Volkswagen Golf GTI TCR naživo na Slovakia Ringu!
  10. 3 dôvody, prečo sa oplatí mať online účet v ZSE už toto leto
  1. Dubravské Čerešne majú sladké prekvapenie pre najrýchlejších!
  2. Aká je ideálna vlhkosť a teplota v byte? Výskum hovorí jasne
  3. Veríte brusniciam pri zápaloch močových ciest? Nemusia stačiť
  4. Infografika: Slováci minuli na Pohode historicky najviac peňazí
  5. Vyberiete si radšej romantický Paríž alebo slnečné Nice?
  6. Dobrú chuť: Letné šaláty a bizarné praktiky food fotografie
  7. Salón architektov A0 – Coneco 2018
  8. Záhradný nábytok: aký materiál je najlepší?
  9. Životné jubileum prof. Ing. Jaroslava Valáška, PhD.
  10. OMV pozýva na pretekársky supervíkend na okruhu Slovakiaring
  1. Infografika: Slováci minuli na Pohode historicky najviac peňazí 9 866
  2. Ulovte si last minute dovolenku so zľavou do 70% 9 606
  3. Dobrú chuť: Letné šaláty a bizarné praktiky food fotografie 7 955
  4. Vyberiete si radšej romantický Paríž alebo slnečné Nice? 7 449
  5. O asistovanej reprodukcii sa šíri množstvo zavádzajúcich tvrdení 6 118
  6. Nie sme žiadni paštikári. Slováci už dovolenkujú inak 4 826
  7. Pivovar Šariš rozdá tisíce eur, o časti peňazí rozhodnú ľudia 4 432
  8. Iná tvár Mexika: Nocovanie s Indiánmi, dobrodružstvo v džungli 3 924
  9. 3 dôvody, prečo sa oplatí mať online účet v ZSE už toto leto 3 521
  10. Volkswagen Golf GTI TCR naživo na Slovakia Ringu! 3 192