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.

Najčítanejšie na SME Tech


Inzercia - Tlačové správy


  1. Ako sa menila obľúbená bratislavská štvrť
  2. Najvyššie ocenenie štvrtýkrát pre Martinus
  3. Šokujúce: ako sa každý Slovák dokáže ľahko naučiť po anglicky
  4. Last minute tipy na Kapverdské ostrovy
  5. Voda, kotol, vymknutie: Čo stoja najčastejšie domáce katastrofy?
  6. Žijú, lebo sa nevzdali. Príbehy ľudí bojujúcich za svoje zdravie
  7. Nový Volkswagen Arteon sa predstaví na bratislavskom autosalóne
  8. Last minute dovolenka sa dá kupiť výhodne už teraz
  9. Legendárna Štefánka opäť ožíva pod sieťou Pulitzer family
  10. Päť tipov, kam na predĺžený víkend v máji
  1. Túžite byť matkou, ale nedarí sa? Poďme hľadať dôvody!
  2. Last minute tipy na Kapverdské ostrovy
  3. Ako sa menila obľúbená bratislavská štvrť
  4. Podľa M. Borguľu je práca mestskej polície slabá a nedôsledná
  5. Znížená sadzba pri pôžičke v mBank už len štyri dni
  6. Odborníci poradia, komu sa oplatí využívať obnoviteľné zdroje
  7. Katarína (28): Z bývania na Nobelovej mám dobrý pocit
  8. Šokujúce: ako sa každý Slovák dokáže ľahko naučiť po anglicky
  9. Poslanci dnes dali jasne najavo, že plot na námestí nechcú
  10. HB Reavis so silnými výsledkami za rok 2016
  1. Last minute dovolenka sa dá kupiť výhodne už teraz 7 652
  2. Žijú, lebo sa nevzdali. Príbehy ľudí bojujúcich za svoje zdravie 7 286
  3. Päť tipov, kam na predĺžený víkend v máji 6 113
  4. Legendárna Štefánka opäť ožíva pod sieťou Pulitzer family 5 857
  5. Nový Volkswagen Arteon sa predstaví na bratislavskom autosalóne 5 660
  6. Šokujúce: ako sa každý Slovák dokáže ľahko naučiť po anglicky 4 990
  7. 5 krokov k vlastnému bývaniu 4 664
  8. Voda, kotol, vymknutie: Čo stoja najčastejšie domáce katastrofy? 4 475
  9. Nové auto alebo radšej jazdenka? 9 rád pre správne rozhodnutie 3 222
  10. Volvo V90 Cross Country je pripravené na každé dobrodružstvo 2 290

Hlavné správy zo Sme.sk

DOMOV

Majú noviny, možno budúcu stranu i lukratívny areál. Volajú sa Eset

Nadácia Zastavme korupciu, za ktorou stojí zakladateľ Esetu, odhalila predražené nákupy nemocnice, ktorej bývalý areál teraz firma získala.

EKONOMIKA

U. S. Steel namieta sudcov: Hovorili skôr, než mali

Majetok súd zaistil bez toho, aby to poriadne vysvetlil.

KOMENTÁRE

Pravicová vláda nebude. Môže za to Kotleba s Ficom?

Sulík s Matovičom odkázali, že Fico je väčšie zlo než extrémizmus.

ŠPORT

Futbalisti žijú iný svet. Už to môžem potvrdiť, vraví Šebo

Keď vidí hráčov filmovať, tak sa smeje.

Neprehliadnite tiež

Expert na kyberbezpečnosť: Väčšina infraštruktúry už bola hacknutá

Silnejšie počítače dajú lepšie nástrojom vláde, ale aj hackerom, povedal pre SME odborník na kyberbezpečnosť RAMI EFRATI.

Postavili umelú maternicu, ktorá vynosila jahňa

Zariadenie môže o niekoľko rokov zachrániť predčasne narodené deti. Dýchali by v ňom pomocou tekutiny.

Nový výskum kostí mastodonta môže prepísať históriu človeka

Kontroverzný výskum tvrdí, že Ameriku osídlili predkovia ľudí o 100-tisíc rokov skôr ako sa doteraz myslelo.


Už ste čítali?

Domov NajnovšieNajčítanejšieDesktop