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00014版:人文·好奇

仿生设备助攀玻璃

  壁虎能在各种不同的物体表面爬行,其中包括玻璃等光滑表面。它们的每条腿,每平方英寸拥有6.8公斤到13.6公斤的黏附力,因此这种动物仅用一条腿,就能让整个身体倒挂在物体表面。一只壁虎的脚趾由杆状刚毛这种微小的层次结构组成,这种刚毛长100微米,直径2微米。这些刚毛产生名为范德华力的静电力。这导致邻近的分子互相吸引。尽管这种力很微弱,但是覆盖在一只壁虎脚趾上的数千根刚毛将这种效果无限放大,使得它们可以紧紧地贴附在物体表面。

  采用相同原理,科学家设计出名叫“微型楔(microwedges)”的微小瓷砖,用来产生范德华力,并产生甚至比壁虎的效果还要好的干胶。试验期间,志愿者通过把这些微型楔装置放在玻璃上或者是移开,来测试它们。由美国斯坦福大学的埃利奥特·霍克斯博士领导的这个科研组在《皇家学会杂志:界面》上写道:“借助该系统,一个体重70公斤的人每只手上只要有140平方厘米这种灵感来源于壁虎的干胶,就能成功爬上一面3.6米高的垂直玻璃墙面。我们对数百个人进行测试,这种合成黏附系统在整个带黏性的区域产生接近均匀的载荷分布,这是对壁虎脚趾的胶承重结构进行的改进,这使得一个人借助面积不超过一只手的面积的干胶就能爬上垂直玻璃墙面。”

  这项研究是与美国国防高级研究计划局联合进行的,该局的“Z-man”项目正在为士兵研究仿生攀爬辅助设备。论文作者表示,该技术的一种应用途径可能是帮助宇航员在失重环境下四处走动。


浙江日报 人文·好奇 00014 仿生设备助攀玻璃 2014-12-01 3707252 2 2014年12月01日 星期一