Лапки гекона надихнули на створення багатьох цікавих додатків, включаючи липку стрічку, клеї, робота-альпініста «stickybot» і навіть дизайн бюстгальтера без бретельок. Тепер вчені розробили новий вид протиковзного полімеру, що прилипає до льоду, натхненний скромним геконом. Згідно зі статтею, опублікованою в журналі ACS Applied Materials & Interfaces, включення цих полімерів у підошви взуття може скоротити кількість травм, отриманих людиною через ковзання та падіння.
Як повідомлялося раніше, гекони відомі як досвідчені скелелази; вони здатні прилипати до будь-якої поверхні завдяки крихітним волоскоподібним структурам на підошвах своїх лап. Ці мікроскопічні волоски називаються щетинками, кожна з яких поділяється на сотні ще дрібніших щетинок, званих лопаточками. Давно відомо, що у мікроскопічних масштабах звані сили Ван дер Ваальса — сили тяжіння і відштовхування між двома дипольними молекулами — стають значними.
По суті, пучки крихітних волосків на лапках гекона розташовуються так близько до контурів стін та стель, що електрони з молекул волосків гекона та електрони з молекул стін взаємодіють один з одним і створюють електромагнітне тяжіння. Саме це дозволяє геконам легко дертися по гладких поверхнях, таких як скло. Павуки, таргани, жуки, кажани, деревні жаби та ящірки мають липкі подушечки лапок різного розміру, які використовують ті самі сили.
Гекони та їх незвичайні лапки давно становлять великий інтерес для вчених. Наприклад, у 2013 році дослідники розробили багаторазовий сухий клей, натхненний лапками гекона, який легко прилипає до гладких поверхонь, міцно прилипаючи при натисканні вперед і зісковзуючи при відтягуванні назад. У 2020 році вчені з Берклі досліджували, чому м'які, волохаті пальці гекона «прилипають» лише в одному напрямку. А у 2022 році вчені виявили, що лапки гекона вкриті надтонким шаром ліпідних молекул у вертикальній орієнтації. Це може служити для відштовхування води з-під лопаток, дозволяючи лопаткам тісніше контактувати з поверхнею, тим самим допомагаючи геконам зберігати зчеплення з мокрими поверхнями.
Просто додайте наночастинки цирконію
Саме «гідрофільна капілярно-посилена адгезія» лапок гекона найбільше зацікавила авторів цієї останньої статті. За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я, 684 000 людей щорічно помирають, а ще 38 мільйонів зазнають травм у результаті ковзання та падіння, що відповідно призводить до вищих витрат на охорону здоров'я. Більшість протиковзних виробів (кішки, ланцюги, шипи, накладки), дизайнів протекторів або матеріалів (скловолокно, вуглецеве волокно, гума) зазвичай ефективні лише для певних цілей або протягом коротких проміжків часу. І вони часто не так добре працюють на мокрому льоду, який має наномасштабний квазірідкий шар (QLL), який робить його ще більш слизьким.
Тому Віпін Річхарія з Університету Мінью в Португалії та співавтори звернулися до подушечок пальців ніг гекона (а також жаб) у пошуках кращого рішення. Щоб отримати аналогічні властивості у полімерах силіконової гуми, вони додали наночастинки цирконію, які притягують молекули води. Полімери були прокатані в тонку плівку і тверділи, а потім лазер протруїв візерунки канавок на поверхні - по суті, створивши мікропорожнини, які оголили наночастинки цирконію, тим самим посиливши гідрофільні ефекти матеріалу.
Інфрачервона спектроскопія та випробування на імітацію тертя показали, що композити, що містять 3% та 5% наночастинок цирконію, були найбільш стійкими до ковзання. «Цей оптимізований композит має потенціал змінити динаміку нещасних випадків, пов'язаних із ковзанням та падінням, надаючи натхненне природою рішення для запобігання одній з найпоширеніших причин нещасних випадків у всьому світі», — підсумували автори. Матеріал також може бути використаний для електронної шкіри, штучної шкіри або загоєння ран.
