Геккон и мидия объединили техники приклеивания 19.07.2007, 13:18 Главная   »   Статьи   »   Роботы, подобные животным   »   Геккон и мидия объединили техники приклеивания Геккон и мидия, висящая на своих клеевых ниточках, подсказали решение давней проблемы. И, может быть, даже приблизили чью-то мечту (фото H. Lee, W. Lim, A.J. Kane). Ходить по стенам возможно. А ходить по стенам под водой невозможно. Этот факт долгое время удручал научный мир. Но, к счастью, теперь стало известно, что нужно для хождения по подводным стенам. Это стало реальностью благодаря тому, по чему у всех нас так страдает душа — нанотехнологиям. А также благодаря странной парочке – мидии и геккону. Гекконы — ящерицы, которые населяют Землю больше 50 миллионов лет. За то время, пока они её так усиленно и терпеливо населяли, гекконы заодно развили у себя удивительные умения, которым по-тихому завидуют все другие пресмыкающиеся. Представителей семейства гекконовых называют также цепкопалыми, и не просто так. Эти крошечные существа умеют бегать по гладким стенам ничуть не хуже, чем по горизонтальным поверхностям. Слева — электронный снимок поверхности, сделанной Мессерсмитом и коллегами. Справа, как вы догадались, — структура 3,4-дигидрокси-л-фенилаланина — "липкой" молекулы. По весу этот вещество составляет 17% веса нового материала (фото и иллюстрация Haeshin Lee, Bruce P. Lee, Phillip B. Messersmith) Но учёных не проведёшь даже самыми цепкими пальцами, и эти дотошные ребята нацелили на пятки гекконов свои микроскопы. Оказалось, что на ногах у этих ящерок есть крошечные волоски, каждый из которых плотно присоединяется к поверхности за счёт молекулярных связей. А в результате суммарного эффекта множества таких волосков геккон легко может удержаться на любой вертикальной поверхности, благо зверушка невелика. Кстати, точно такой же механизм держит мух на потолке, тоже довольно лёгких. С помощью современных технологий это свойство не очень сложно сымитировать. Кто-то даже сделал робота, который без проблем карабкается по стеклу. Дар геккона и талант мидий в одном журнале за прежнюю цену! (иллюстрация с сайта nature.com). Вот только у геккона и его технологических имитаций есть один большой недостаток. Если поместить такого ящера в воду — ну, не всего, а хотя бы его лапы, — то в такой среде они сразу перестанут "работать", то есть почти ни к чему не будут прилипать. Это кстати, типичная проблема практически при любом приклеивании. Если вы пытались приклеить пластырь на мокрую кожу, то, конечно, понимаете, о чём речь. Если не понимаете, то попытайтесь: по времени это увлекательное занятие может заменить перекур, а то и целый обеденный перерыв! Из-за этой беды многие светлые умы потеряли не один обед и не один ужин и долго не знали, у кого просить помощи. К счастью, доктор Филипп Мессерсмит (Phillip B. Messersmith), материаловед из Северо-западного университета (Northwestern University), обратился за поддержкой к мидиям, чем и спас многих коллег от недоедания и недосыпа. Он вовремя вспомнил, что мидии производят уникальный натуральный суперклей. Такие моллюски выделяют особое вещество, которым жёстко прикрепляются к любым поверхностям под водой. Это могло бы пригодиться при создании каких-нибудь "техноног", шагающих по мокрым поверхностям. Но и тут, как назло, есть трудность.

На этой замысловатой, но вроде бы понятной схеме исследователи показали, что и как они сделали (иллюстрация Haeshin Lee, Bruce P. Lee & Phillip B. Messersmith)

Однако все они страдают существенным недостатком: такие вещества, как правило, выдерживают немного циклов отклеивания-приклеивания. Так что с такими клеями побегать можно — но недолго.

На снимке Филипп Мессерсмит жертвует науке свой бизнес-ланч из моллюсков (фото с сайта biomaterials.bme.northwestern.edu).

Подумал. Собрал команду коллег. Сделал что хотел. И отчитался об успехах в журнале Nature.

Для своей разработки Мессерсмит изготовил матрицу из крошечный кремниевых "колонн" толщиной 400 нанометров, высотой 600 нанометров и разместил её на крошечном кусочке гибкой ленты. Получился скотч, идею которого, учёный, как легко догадаться, взял у гекконов.

А после исследователи покрыли эти столбики слоем белка, отвечающего за клеящие характеристики того самого вещества мидий. Насколько же эффективно это изобретение?

Согласно результатам экспериментов, вполне. В частности, приклеивание в сухих условиях не стало хуже, а под водой оно оказалось в 15 раз сильнее, чем у аналогичных моделей. Также сообщается, что разработка может выдержать более тысячи приклеиваний-отклеиваний, что не так много, но уже очень большое достижение.

Здесь показано приклеивание-отклеивание с участием шести нанонитей geckel (анимация Haeshin Lee, Bruce P. Lee & Phillip B. Messersmith).

Этому гибридному материалу Мессерсмит дал название geckel — от английских слов gecko — "геккон" и mussel — "мидия".

Мессерсмит уверен в том, что geckel найдёт применение в самых разных областях — от лёгкой промышленности до военной. По его мнению, материал особенно пригодится в медицине при создании механических средств типа пластырей.

Специалисты предполагают, что geckel после дальнейших усовершенствований будет очень успешным и с коммерческой точки зрения. Но купить его в магазине пока что нельзя.