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Los asombrosos pies de los geckos: ¿cómo caminan por las paredes?
Antecedentes
Los geckos pertenecen a la familia Gekkonidae y se encuentran principalmente en regiones templadas y tropicales. Hay más de mil especies diferentes de geckos en todo el mundo, y estas criaturas vienen en una variedad de formas, colores y patrones. Como animales omnívoros, los geckos tienen una amplia gama de fuentes de alimento, que incluyen principalmente insectos y gusanos. La mayoría de las especies de geckos, como el famoso gecko de cola coronada (Correlophus ciliatus), son buenos trepadores y pueden moverse libremente por paredes y otras superficies diferentes.Estructura
Estructura química
La estructura de la pata del gecko es compleja y no depende únicamente del área de superficie. Sus pies están cubiertos de pelos microscópicos, o setas, que aumentan las fuerzas de Van der Waals entre los pies y la superficie sobre la que se arrastran. Estas cerdas están hechas de beta-queratina y sobresalen de la epidermis, similar a la estructura básica de la piel y las uñas humanas.
Estructura física
La superficie inferior de las patas de un gecko está cubierta por millones de estructuras similares a pelos llamadas setas. Cada cerda mide unos 5 mm de largo y es más fina que el cabello humano. Cada cerda también está salpicada de miles de pequeñas estructuras llamadas espátulas que hacen contacto con la superficie de un material utilizando fuerzas de van der Waals. Más cuchillos significan más área de contacto, y el borde afilado de un cuchillo puede flexionarse cuando se aplica fuerza, aumentando el contacto con la superficie.
Por lo tanto, un mayor contacto con la superficie crea mayores fuerzas de van der Waals, que pueden soportar todo el peso del gecko.
Efectos de las fuerzas de van der Waals
Interacciones de la superficie de Hamaker
Para cuantificar la fuerza de van der Waals, la interacción de dos planos se puede aproximar utilizando la siguiente fórmula: F = -A_H / (12πD^3), donde F es la fuerza de la interacción. , AH es la constante de Hamaker y D es la distancia entre las dos superficies. El pie de cada gecko tiene alrededor de 14.000 cerdas, cada una con alrededor de 1.000 diminutas lanceoladas, lo que las hace muy eficaces para corregir la rugosidad de la superficie.
La adhesión también está influenciada por la rugosidad de la superficie, las sustancias adsorbidas en la superficie (como partículas o humedad), el área de contacto entre el pie del gecko y la superficie y la dependencia del módulo elástico del material con la profundidad.
Cómo simular la energía potencial de un cuchillo y una superficie
La interacción entre el gecko y la pared se puede analizar considerando el cuchillo como un cilindro largo. Esta interacción se puede describir mediante la siguiente fórmula: W = -∭ (todo el espacio) (πC_ABρ_Bρ_A / 6(D')^6) dV. Donde D' es la distancia entre la superficie del material y el volumen infinitesimal del material A, y ρA y ρB son las densidades moleculares de los materiales. Estos modelos nos ayudan a comprender mejor los mecanismos por los cuales los geckos caminan sobre diferentes superficies.
