Прилипала: Сила капель
На забавный способ прикрепления, которым пользуются некоторые жуки-листоеды, обратил внимание профессор Пол Стин (Paul Steen). Эти насекомые буквально прилипают к листьям, используя совокупную силу поверхностного натяжения, которое создает множество крохотных капелек жидкости, выделяемых конечностями. При всей кажущейся «хрупкости» такого подхода, расчет показывает, что общей «силы» капель на ножках жука достаточно, чтобы удержать вес, в 100 раз больший, чем вес самого жука.
Точнее говоря, образцом послужил жучок Hemisphaerota cyanea, который, по данным энтомологов, способен, закрепившись, выдерживать нагрузку, в 60 раз большую собственного веса в течение 2 минут, а на более короткий срок — и большую.
Пол Стин и его команда решили применить подобный подход и для искусственных устройств, тем более что неуклонная тенденция к миниатюризации требует таких решений, адаптированных к новым условиям. Ученые взяли небольшую пластину, усеянную сотнями микроскопических отверстий, через которые насосами и выдавливаются капли жидкости. Эти капли формируют «жидкостные мостики», как только плоскость пластины оказывается достаточно близко к другой поверхности. Пластина прилипает.
«Это решение прямо из будущего, — уверен профессор Стин, — лет через пять мы представим коммерческий продукт, использующий этот тип прикрепления, с помощью контролируемых капиллярных сил».
Что важно, в устройстве не используется никаких движущихся частей. Оно представляет собой «бутерброд» из трех пластин. Нижняя, вогнутая, служит резервуаром для жидкости. Поверх нее располагается вторая, усеянная отверстиями, благодаря которым формируются капли — «жидкие мостики». Поначалу ученые использовали простую воду, но она слишком быстро испарялась, так что впоследствии была заменена на масло. Чтобы мостики сформировались, на пластины подается слабое напряжение, и жидкость выдавливается в результате электроосмоса.
«Жидкие мостики» прилипают к третьей пластине, и если после этого устройство перевернуть вверх ногами, то пластина не просто будет благополучно висеть в воздухе, но и способна удержать некоторый дополнительный груз. Чтобы отсоединить его, достаточно снова подать напряжение — и капли втянутся обратно. Оба положения стабильны: электричество требуется лишь для их смены.
Ученые обращают внимание на то, что сила, с которой устройство прилипает, определяется не только общим числом капель-«мостиков», но и (обратно пропорционально) их диаметром. «Главная задача для нас, — поясняет Пол Стин, — уменьшить размеры капель». И пока ученые не видят препятствий в этом, по крайней мере, до диаметра около 0,1 мкм. Пока же в устройстве используются отверстия 150 мкм в поперечнике, что позволяет ему удерживать 10 г на каждый квадратный сантиметр своей поверхности. Уменьшение же до 0,1 мкм позволит добиться весьма внушительного значения — 13 кг — на ту же площадь.
Между тем в других научных группах движутся иным путем. Для них образцом являются лапки ящерицы-геккона, а нанотехнологии позволяют воссоздавать их удивительные способности передвигаться по вертикальным поверхностям. Читайте об этих работах в статье «Наногеккон».
По публикации Nature News
