Selv gekkoer kan miste deres greb

Ikke engang gekkoer og edderkopper kan sidde på hovedet for evigt. Det sørger nanofysikken for. Mekanikforskere ved Linköpings Universitet har demonstreret dette i en artikel, der netop er offentliggjort i Fysisk gennemgang E . Viden, der kan være til stor industriel fordel.

Gekkoer og edderkopper, der ser ud til at kunne sidde stille for evigt, og gå rundt på hovedet har fascineret forskere verden over i mange år. Vi vil snart kunne købe smarte nye befæstigelser, der holder på samme måde som gekkoens fod. Men faktum er, før eller siden er grebet tabt, uanset hvor lidt kraft der virker på den. Stefan Lindström og Lars Johansson, forskere ved afdelingen for mekanik, Linköpings Universitet, sammen med Nils Karlsson, nyuddannet ingeniør, har demonstreret dette i en artikel netop offentliggjort i Fysisk gennemgang E .

Stadig, det er et fænomen, der kan have betydelige fordele, for eksempel ved fremstilling af grafen. Grafen består kun af et atomlag, og som let skal løsnes fra underlaget.

I sit afgangsprojekt på afdelingen for mekanik, Nils Karlsson studerede både mekanikken i gekkoens ben samt vedhæftningen af ​​dens fod til underlaget. Gekkoens fod har fem tæer, alle med tværgående lameller. Et scanningselektronmikroskop viser, at disse lameller består af en række små hårlignende setae, hver med en lille film til sidst, som ligner en lille spatel. Disse spatler, omkring 10 nm tyk, er det, der klæber til underlaget.

"På nano-niveau, forholdene er lidt anderledes. Molekylernes bevægelse er ubetydelig i vores makroskopiske verden, men det er ikke i nano-verdenen. Nils Karlssons afgangsprojekt foreslog, at varme, og følgelig bevægelsen af ​​molekylerne, har en effekt på adhæsionen af ​​disse spatler. Vi ønskede at lave yderligere analyser, og udregn, hvad der rent faktisk sker, " forklarer Stefan Lindström.

De forfinede beregningerne, så de påføres en tynd film i kontakt med en ujævn overflade. Så, filmen kommer kun i kontakt med de øverste dele af den ujævne overflade. Forskerne valgte også at begrænse beregningerne til den type svage kræfter, der findes mellem alle atomer og molekyler – van der Waals-kræfter.

"Det er sandt, de er små, men de er der altid, og vi ved, at de er ekstremt afhængige af afstand, siger Lars Johansson.

Det betyder, at kraften er meget stærkere, hvor filmen er meget tæt på et enkelt højdepunkt, end når det er ret tæt på en række højdepunkter. Derefter, når filmen løsner sig, det gør det punkt for punkt. Dette skyldes, at begge kontaktflader bevæger sig – vibrerende. Det er små bevægelser, men på et tidspunkt er bevægelserne synkroniserede, så overfladerne faktisk mister kontakten. Så er van der Waals-kraften så lille, at filmen slipper.

"Så i virkeligheden, vi kan løsne en tynd film fra underlaget blot ved at vente på det rigtige øjeblik. Dette kræver ikke megen kraft. Den del af filmen, der forbliver på underlaget, vibrerer konstant, og jo hårdere jeg trækker i denne del, jo hurtigere vil filmen løsne sig. Men hvor lang tid det tager for filmen at løsne afhænger også af strukturen af ​​underlaget og filmens stivhed, siger Stefan Lindström.

I praksis betyder det, at selv en lille kraft over en lang periode vil forårsage, at filmen, eller for den sags skyld gekkoens fod, at miste grebet. Hvilket er fint for gekkoen, hvem kan skyde af, men måske ikke så godt for et fastgørelsessystem. Stadig – i den rigtige applikation, denne viden kan være til stor industriel fordel.