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Les scientifiques ont une nouvelle idée du secret de la persistance des pieds de gecko collants

Zoom / Gros plan sur les orteils Tokai gecko. Ils ont de nombreux petits poils sur chaque pied appelés poils, chacun étant divisé en centaines de poils plus petits appelés spatules. Ceux-ci aident à augmenter le contact avec la surface.

Yi-Sung

Le gecko est célèbre pour être un grimpeur expert et capable colle à n’importe quelle surface Grâce aux minuscules structures ressemblant à des cheveux au bas de leurs pieds. Avec des collègues de l’Oregon, du Danemark et d’Allemagne, des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont examiné de plus près ces structures à l’aide d’un synchrotron à haute énergie, révélant qu’elles sont recouvertes d’une très fine couche de molécules lipidiques. Debout, selon un dernier papier Publié dans Biology Letters.

Ces minuscules poils microscopiques sont appelés poils, chacun étant divisé en centaines de poils plus petits appelés spatules. On sait depuis longtemps qu’aux échelles de taille microscopique, le soi-disant Forces de Van der WaalsLes forces d’attraction et de répulsion entre deux molécules dipolaires deviennent importantes.

Essentiellement, les minuscules touffes de cheveux sur les pieds du gecko se rapprochent des lignes dans les murs et les plafonds de sorte que les électrons des particules des cheveux du gecko et les électrons des particules des murs interagissent les uns avec les autres et créent attraction électromagnétique. Cela permet aux geckos de grimper sans effort sur des surfaces lisses telles que le verre. Les araignées, les grillons, les coléoptères, les chauves-souris, les rainettes et les lézards ont tous des coussinets collants de différentes tailles qui utilisent ces mêmes forces.

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Les geckos et leurs pattes inhabituelles intéressent depuis longtemps les scientifiques. En 2013, par exemple, des scientifiques de l’Université de Californie à Santa Barbara ont conçu un fichier Adhésif sec réutilisable Inspiré des pieds d’un gecko qui adhère facilement aux surfaces lisses, adhère fermement lorsqu’il est poussé vers l’avant et glisse lorsqu’il est tiré vers l’arrière. Le secret de cette tendance était l’angle et la forme des fibres semi-cylindriques fabriquées dans l’adhésif à base de silicone. Pousser le côté plat vers le bas a produit plus de surface pour l’adhésion à une surface en verre. Tirer les fibres avec le côté rond vers le bas a réduit la surface afin que l’adhésif puisse glisser facilement.

En 2020, les boursiers de Berkeley chercher pourquoi Les orteils d’un gecko à poil doux ne « collent » que dans une seule direction. Tirez un pied dans une direction et les orteils du gecko colleront à la surface. Relâchez le pied et il « épluchera » les orteils dans la direction opposée, bien que cela n’empêche pas le gracieux gecko de bouger comme il l’entend. Scientifiques je l’ai trouvé Les geckos peuvent courir latéralement à la même vitesse qu’ils grimpent, grâce à la capacité de réaligner leurs orteils. Avoir plusieurs doigts aide les geckos à s’adapter pour coller aux surfaces glissantes ou irrégulières. Les orteils qui restaient en contact avec la surface pouvaient changer de direction et mieux répartir la charge. Et parce que les orteils sont doux, les animaux peuvent s’adapter plus facilement aux surfaces rugueuses.

Malgré tout ce que nous avons appris, on sait peu de choses sur la chimie de surface détaillée des coussinets gecko, en particulier les patchs. Les auteurs de ce dernier document de recherche ont donc entrepris d’en savoir plus, avec un intérêt particulier pour le rôle potentiellement important que l’eau peut jouer dans l’adhérence de surface. « On en savait déjà beaucoup sur le fonctionnement mécanique des gels », Le physicien a dit NIST et co-auteur de Cherno Jaye. « Nous avons maintenant une meilleure compréhension de son fonctionnement en termes de structure moléculaire. »

Selon les auteurs, des études récentes ont indiqué la présence de particules lipidiques hydrofuges dans les empreintes de gecko et les matrices de gecko (elles peuvent également être trouvées dans la cuticule des reptiles, disposées selon un motif de brique et de mortier). Le microscope synchrotron du National Institute of Standards and Technology (NIST) est bien adapté pour examiner de près la structure moléculaire car il peut non seulement identifier les molécules à la surface des objets 3D, mais aussi révéler précisément où elles se trouvent et comment elles sont dirigées.

Selon les auteurs, ce mince film de lipide (seulement un nanomètre d’épaisseur) peut repousser l’eau sous les cuillères, permettant aux cuillères d’entrer en contact étroit avec la surface, aidant les geckos à maintenir une adhérence sur les surfaces humides. De plus, les cuillères et les cuillères sont constituées de protéines de kératine, tout comme les protéines présentes dans les cheveux et les ongles humains. L’analyse a révélé que les fibres kératiniques s’alignent dans le sens du poil, ce qui peut être à l’origine de la résistance à l’abrasion.

Les pieds Gecko ont inspiré de nombreuses applications intéressantes dans le passé, y compris le ruban adhésif et l’adhésif susmentionnés et « collant« Robot grimpant avec une ancre prothétique, et même (je ne plaisante pas avec vous) un Conception de soutien-gorge sans bretelles. Geai et d’autres. Imaginez des « chaussures gecko » qui peuvent coller aux surfaces humides, ou des « gants gecko » pour avoir une meilleure prise sur les outils humides comme applications potentielles de leurs dernières recherches.

« La chose la plus excitante pour moi à propos de ce système biologique est que tout est parfaitement optimisé à toutes les échelles, du macro au micro et au moléculaire », Le co-auteur Stanislav Sock a déclaré, biologiste à l’Université de Kiel en Allemagne. « Cela peut aider les ingénieurs biomimétiques à savoir quoi faire ensuite. »