壁虎神功的秘密

2012-04-29 00:44胡明
青少年科技博览(中学版) 2012年5期
关键词:刚毛凯尔足趾

胡明

壁虎是比较古老的动物。它最出名的招数就是犹如“壮士断臂”那般自断尾巴,在敌人被那条活蹦乱跳的断尾吸引时,自己溜之大吉。断了的尾巴,没过多久又会长出来。

不过,这是小把戏。壁虎最拿手的还是飞檐走壁的“轻功”。早在公元前4世纪,古希腊大哲学家亚里士多德就对壁虎高超的爬行能力感到匪夷所思。中国古代武术中也把能飞檐走壁的“轻功”称作“壁虎功”。大多数人认为壁虎能贴在光滑的天花板上行走,靠的是它足底上神奇的吸盘,但事实并非如此 !

来自夏威夷的凯尔博士(图1右下),观察到天花板上的一只壁虎轻取一只蜘蛛。蜘蛛素以擅长“轻功”闻名,壁虎居然能够倒着身子击败它,必有绝招儿。于是,博士对壁虎展开了研究。在他的老师,美国加利福尼亚大学伯克利分校的罗伯特·福尔教授的帮助下(图1左下),经过7年的努力,凯尔博士最终找到了壁虎能飞檐走壁的真正原因。

原来,壁虎竟然是自然界中数一数二的“应用物理大师”。它足底的神奇力量来自于分子引力。依靠这种引力,一只身长5厘米的壁虎,用不到几平方毫米大小的足底,可以毫不费劲地提起40千克的重物,真是厉害 !

所谓分子引力,就是中性分子彼此距离非常近时,产生的一种微弱的电磁引力。由于此力太过弱小,通常没人注意。比如,当我们将手掌贴在墙上时,就会产生分子引力,但因接触点只有几千个,太少了,所以,人的手掌并不会吸附到墙壁上。

但是,壁虎就不一样了。通过观察,科学家发现它的每只足底都长着数百万根极细的刚毛(图2)。再用电子显微镜查看,更是了不得,每根刚毛的末端还有几百上千根更细的分支(图3)。这种精细结构,使得刚毛与被接触物体表面分子间的距离异常接近,从而产生出分子引力。虽说一根刚毛所产生的引力微不足道,但几百万根合在一起的力量就巨大了。根据计算,1根刚毛能够举起一只蚂蚁的质量,100万根可以提起20千克的质量,要是壁虎同时使用全部的刚毛,就能支持125千克的力。因此,科学家断言:壁虎实际上只要用一只足,便能支持整个身体的质量了(图4)。

凯尔还用显微摄像机录制下壁虎在玻璃上爬行的情况,研究后发现,当壁虎试图移动足时,它需要付出比吸附住物体高600倍的力量。并且,还得将足趾伸展到30°以上,才能达到目的(图5),就像人们撕扯下粘贴着的胶布一样。

在孜孜不倦的观察和探究下,壁虎奇特的攀爬本领,终于真相大白了。

“壁虎功”的应用

这项研究成果,为许多技术发明创造了条件,发明家纷纷把这一科学原理应用到实际产品上。美国斯坦福大学的一个研究小组就发明出一种机器壁虎。

这只壁虎看上去像个“机器怪物”(图1),因有4只足才有点儿像壁虎,而它的奇妙之处就在足底。研究人员在机器壁虎的足底装了布满无数毛纤维的物体,细细的毛纤维数量和壁虎足底的刚毛不相上下(图2),也会产生分子引力而被吸附在物体表面。所以,这只机器壁虎爬在光滑的玻璃窗上,也就不费吹灰之力了(图3)。

要想往上或往下,就得移动足掌,机器壁虎在这一点上,也和真壁虎一模一样。它同样得将足趾伸展到30°以上,才可以拔下吸得牢牢的脚掌(图4),真是惟妙惟肖呀 !

这项发明将研究成果转化为现实,今后就可能发明制造出“壁虎鞋”“壁虎手套”等,这样,人人都能成为“轻功”高手,个个赛过“蜘蛛侠”了。难怪美国《时代周刊》杂志曾把机器壁虎评为年度世界最佳玩具发明哩(图5) !

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