Language
Country/Area
No result found
Bàn chân kỳ lạ của tắc kè: Làm thế nào chúng đi trên tường?
Tắc kè là loài bò sát hấp dẫn được biết đến với khả năng leo trèo độc đáo. Những sinh vật này có thể đi lại trên hầu hết mọi bề mặt, kể cả cửa sổ và tường, giúp chúng có lợi thế khi săn mồi và trốn tránh kẻ săn mồi. Vậy làm thế nào để họ đạt được khả năng tuyệt vời này?
Nền
Tắc kè thuộc họ Gekkonidae và phân bố chủ yếu ở vùng ôn đới và nhiệt đới. Có hơn một nghìn loài tắc kè khác nhau trên khắp thế giới và những sinh vật này có nhiều màu sắc và hoa văn khác nhau. Là loài ăn tạp, tắc kè ăn nhiều nguồn thức ăn khác nhau, bao gồm côn trùng và giun. Hầu hết các loài tắc kè, chẳng hạn như tắc kè đuôi vương miện nổi tiếng (Correlophus ciliatus), có khả năng leo trèo tốt và có thể di chuyển tự do trên tường và các bề mặt khác nhau.
Cấu trúc
Cấu trúc hóa học
Cấu trúc bàn chân của tắc kè rất phức tạp và không chỉ phụ thuộc vào ảnh hưởng của diện tích bề mặt. Bàn chân của nó có nhiều sợi lông cực nhỏ hay còn gọi là "setae", giúp tăng lực Van der Waals giữa bàn chân và bề mặt mà nó bò lên. Những sợi lông này được làm từ beta-keratin và nhô ra khỏi lớp biểu bì của nó, tương tự như cấu trúc cơ bản của da và móng tay con người.
Cấu trúc vật lý
Mặt dưới của bàn chân tắc kè có hàng triệu cấu trúc giống như lông gọi là setae. Mỗi sợi tóc dài khoảng 5 mm, mỏng hơn tóc người. Mỗi sợi lông cũng được rải rác hàng nghìn cấu trúc nhỏ gọi là thìa, sử dụng lực van der Waals để tiếp xúc với bề mặt vật liệu. Nhiều dao hơn có nghĩa là diện tích tiếp xúc nhiều hơn và các cạnh sắc của dao có thể uốn cong dưới lực, tăng khả năng tiếp xúc với bề mặt.
Do đó, việc tiếp xúc nhiều hơn với bề mặt sẽ tạo ra lực van der Waals lớn hơn, có khả năng nâng đỡ toàn bộ trọng lượng cơ thể của tắc kè.
Ảnh hưởng của lực van der Waals
Tương tác bề mặt Hamaker
Để định lượng lực van der Waals, có thể sử dụng công thức sau để tính gần đúng sự tương tác của hai mặt phẳng: F = -A_H / (12πD^3), trong đó F là lực tương tác , AH là hằng số Hamaker và D là khoảng cách giữa hai bề mặt. Mỗi con tắc kè có khoảng 14.000 lông cứng trên chân, mỗi chân có khoảng 1.000 con dao, khiến chúng rất hiệu quả trong việc điều chỉnh độ nhám của bề mặt.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bám dính
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bám dính còn bao gồm độ nhám bề mặt, các chất hấp phụ trên bề mặt (chẳng hạn như các hạt hoặc độ ẩm), diện tích tiếp xúc giữa chân tắc kè và bề mặt cũng như sự phụ thuộc của mô đun đàn hồi vào độ sâu của vật liệu.
Cách mô phỏng thế năng của dao và bề mặt
Sự tương tác giữa con tắc kè và bức tường có thể được phân tích bằng cách coi con dao như một hình trụ dài. Sự tương tác này có thể được mô tả bằng công thức sau: W = -∭ (tất cả khoảng trắng) (πC_ABρ_Bρ_A / 6(D')^6) dV. Trong đó D' là khoảng cách giữa bề mặt vật liệu và vật liệu có thể tích vô hạn A, và ρA và ρB là mật độ phân tử của vật liệu. Những mô hình như vậy giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cơ chế mà tắc kè đi trên các bề mặt khác nhau.
Kết luận
Gekkos có thể đi lại tự do trên nhiều bức tường khác nhau. Đằng sau khả năng này là cấu trúc sinh học và đặc tính vật lý độc đáo của chúng. Cấu trúc phức tạp của bàn chân và tác dụng của lực van der Waals cho phép chúng di chuyển linh hoạt trên tường. Đây chắc chắn là một thiết kế tuyệt vời của tạo hóa. Khả năng thích ứng độc đáo này khiến chúng tôi phải suy nghĩ: Nếu chúng ta có thể mô phỏng khả năng này của tắc kè, nó sẽ có tác động gì đến sự phát triển của robot hoặc vật liệu nhân tạo?
