Суперсила пригодилась гекконам для приземления после прыжка

Биологи из США выяснили, зачем гекконам такой большой запас прочности по «прилипанию» к поверхностям. Если геккон сидит на ровной вертикальной стене, силы адгезии его лапок достаточно, чтобы удержать в сто раз больший вес. Однако если геккон в своей естественной среде обитания прыгнет и приземлится на лист дерева, этот запас ему очень пригодится. Ученые смоделировали прыжок геккона и рассчитали, что в реальной ситуации силы адгезии едва хватит на то, чтобы зацепиться при приземлении. Научная статья с расчетами опубликована в журнале Journal of The Royal Society Interface.

Гекконы обладают уникальной способностью удерживаться на отвесных поверхностях благодаря особому устройству лапок. Подушечки на лапках гекконов покрыты микроволосками и крючками, которые взаимодействуют с поверхностью посредством сил Ван-дер-Ваальса. На идеально ровных поверхностях, таких как стекло и акрил, сила сцепления превышает силу, необходимую чтобы удержать вес геккона, на несколько порядков. Этот факт удивляет инженеров, но не биологов, которые представляют себе, что в естественных условиях обитания гекконы вынуждены передвигаться по гораздо менее ровным поверхностям. 

Разнообразие поверхностей, по которым передвигаются гекконы

Niewiarowski et al / Journal of Experimental Biology 2016

Поделиться

Чтобы оценить, с какими испытаниями приходится сталкиваться гекконам в характерной для них экологической нише, один из авторов работы проводил полевые испытания в лесах французской Гвианы (Южная Америка). Объектом его исследования стал репохвостый геккон Thecadactylus rapicauda. Эти ящерицы обитают в лесном пологе и, спасаясь от хищников, прыгают с того места, где сидели, а затем в свободном падении цепляются за листья или веточки. Исследователи были свидетелями тому, как геккон успешно приземлялся на лист дерева, пролетев 15 метров.

Ученые предположили, что мощный адгезионный аппарат развился у гекконов в процессе эволюции в похожих условиях, и решили подсчитать, какую нагрузку испытывают лапки репохвостого геккона при приземлении из свободного падения. Авторы учли максимум факторов – вес животных, аэродинамику падения, углы, под которыми геккон цепляется за листья, упругость веточек. Симуляция полетов показала, что, если в покое на ровной поверхности фактор сцепления равен 100, то при приземлении из прыжка он варьирует от 10 до значения меньше единицы, то есть геккону едва хватает сил, чтобы удержать свой вес там, где он пытается зацепиться.

Силы, действующие на геккона и на поверхность, при попытке удержаться на листе дерева

Higham et al / Journal of The Royal Society Interface 2017

Благодаря своим лапкам гекконы любимы не только биологами, но и инженерами. Прототипы устройств, имитирующих лапки, постоянно совершенствуются, однако исследователям пока не удалось достичь природного совершенства. Новая работа может помочь решить проблему удержания такими устройствами предметов в динамике, а также предметов с деформированной поверхностью. Одно из решений этой проблемы мы уже описывали – инженеры создали присоску, управляемую давлением, которая может захватывать широкий спектр предметов. Также мы рассказывали об искусственной «лапке геккона», которая открепляется от поверхности под действием ультрафиолета.

Дарья Спасская