Биологи из Калифорнийского университета в Беркли и Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики наблюдали гекконов, бегающих горизонтально по стенам, чтобы узнать, как они используют свои пять пальцев ног, чтобы компенсировать различные типы поверхностей, не замедляясь.
"Исследование помогло ответить на фундаментальный вопрос: почему у людей много пальцев на ногах?"?"сказал Роберт Фулл, профессор интегративной биологии Калифорнийского университета в Беркли.
Как показало его предыдущее исследование, пальцы гекконов могут прилипать к самым гладким поверхностям за счет использования межмолекулярных сил, а также раскручиваться и отслаиваться за миллисекунды. На их пальцах ног насчитывается до 15000 волосков на фут, и у каждого волоса есть «ужасный случай секущихся кончиков, с тысячами наноразмерных кончиков, которые обеспечивают тесный контакт с поверхностью», – сказал он.
Эти открытия породили исследования новых типов клеев, которые используют межмолекулярные силы или силы Ван-дер-Ваальса, чтобы прикрепляться практически к любому месту, даже под водой.
По его словам, одна загадка заключается в том, что пальцы геккона держатся только в одном направлении. Они захватывают, когда тянут в одном направлении, но освобождаются, когда снимаются в противоположном направлении.
Тем не менее, гекконы подвижны в любой ориентации.
Чтобы определить, как гекконы научились справляться с движущимися силами при движении по разным поверхностям, Йи Сун, посещающий университет Калифорнийского университета в Беркли студент из Нанкина, Китай, провел гекконов боком вдоль вертикальной стены, делая высокоскоростные видеозаписи, чтобы показать ориентацию их пальцы ног.
Боковое движение позволило ему отличить гравитацию, направленную вниз, от силы бега вперед, чтобы лучше всего проверить идею компенсации зацепа.
Используя технику, называемую разочарованным полным внутренним отражением, Сонг также измерил площадь контакта каждого пальца ноги.
Эта техника заставляла пальцы ног загораться, когда они касались поверхности.
К удивлению исследователя, гекконы бежали боком так же быстро, как и поднимались вверх, легко и быстро выравнивая пальцы ног против силы тяжести. Пальцы передних и задних лап при беге боком от стены смещались вверх и действовали точно так же, как пальцы на передних лапах во время лазания.
Чтобы еще больше изучить ценность регулируемых пальцев ног, исследователи добавили скользкие участки и полосы, а также неровные поверхности.
Чтобы справиться с этими опасностями, гекконы использовали несколько мягких пальцев ног. Избыточность позволяла пальцам ног, которые все еще контактировали с поверхностью, переориентировать и распределять нагрузку, в то время как мягкость позволяла им приспосабливаться к шероховатым поверхностям.
«Пальцы ног позволили гибкое передвижение, распределяя контроль между несколькими, совместимыми, избыточными структурами, которые снижают риски передвижения по сложной местности», – сказал Фулл. «Распределенное управление показывает, как можно более эффективно использовать биологическую адгезию, и предлагает дизайнерские идеи для новых ног роботов, новых захватов и уникальных манипуляторов."