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. 3 pravidlá pre lepší dôchodok
  2. Slovenské deti dostávajú mesačne 22€
  3. Eilat: Slnko, teplo a zábava
  4. Ku kuchynskej linke dostanete obývačku či vstavané skrine za 50%
  5. 4 rady pre deti a dospelých, ako sa starať o pokožku
  6. Výstava Podoby lásky zobrazí skutočné osudy konkrétnych žien
  7. Tohtoročné trhy pred Auparkom bude otvárať Vidiek
  8. Vyrábajú v malom, no presadili sa. Sessler a Farmárske lupienky
  9. Ochráňte pred zlodejmi celé vozidlo vďaka VAM Akustik
  10. Všetky okresy svojimi pobočkami pokrývajú len tri banky
  1. Eilat: Slnko, teplo a zábava
  2. Ku kuchynskej linke dostanete obývačku či vstavané skrine za 50%
  3. Exkurzia študentov Stavebnej fakulty STU v Bratislave
  4. Prichádza Black Friday, jazdenku môžete mať so zľavou 2000 eur
  5. 4 rady pre deti a dospelých, ako sa starať o pokožku
  6. Výstava Podoby lásky zobrazí skutočné osudy konkrétnych žien
  7. Tohtoročné trhy pred Auparkom bude otvárať Vidiek
  8. Všetky okresy svojimi pobočkami pokrývajú len tri banky
  9. Ochráňte pred zlodejmi celé vozidlo vďaka VAM Akustik
  10. Čerešne - miesto, kde môžete žiť podľa seba
  1. Vyrábajú v malom, no presadili sa. Sessler a Farmárske lupienky 16 863
  2. 3 pravidlá pre lepší dôchodok 7 834
  3. Eilat: Slnko, teplo a zábava 6 809
  4. Slovenské deti dostávajú mesačne 22€ 4 426
  5. Ako sa zbaviť chladnej podlahy 2 912
  6. Stavba domu na kľúč – úspora času aj financií 2 740
  7. Tohtoročné trhy pred Auparkom bude otvárať Vidiek 2 419
  8. Čerešne - miesto, kde môžete žiť podľa seba 1 736
  9. V tomto roku si už konečne užijem Vianoce bez vrások 1 389
  10. Všetky okresy svojimi pobočkami pokrývajú len tri banky 1 333

Hlavné správy zo Sme.sk

SVET

Teroristi útočili v egyptskej mešite, zabili najmenej 184 ľudí

Bombový útok smeroval na členov bezpečnostných síl.

DOMOV

Parlamentné voľby by vyhral Smer, Kollár predbehol SNS

Kotlebova strana sa by sa podľa prieskumu dostala až na šieste miesto.

DOMOV

Ani pri priestupku nemôžu ľudí zadržať, hovorí šéf kurzov SBS

Nemáme problém ukázať tašku, zhodujú sa zákazníci.

KULTÚRA

Filmov ako Justice League budeme mať onedlho plné zuby

Koľko ešte vydrží rovnaká zápletka?

Neprehliadnite tiež

Hľadali inteligenciu a zistili, že mozog je ako sociálna sieť

Nemeckí vedci našli mozgové prepojenia, ktoré ovplyvňujú našu inteligenciu

Aj delfíny majú pytačky. Samci dávajú samičkám dary

Vedci sa domnievajú, že samci delfínov chcú takto ukázať svoje kvality.

Pamätáte si ešte hry na PlayStation 2? Vyskúšajte si kvíz

Najpredávanejšia konzola v histórii sa náš trh dostala pred 17 rokmi.

Firefox chce zvýšiť bezpečnosť. Označí weby, ktoré hackli

Prehliadač nebude brániť ďalšiemu používaniu stránok.

Tesla dokončila megabatériu v Austrálii, idú ju nabiť

Obrovský blok s kapacitou 100 megawattov vstupuje do testovacej prevádzky.