Пешком по вертикальной стене

Наука и жизнь

Ученые Корнеллского университета положили в основу своего последнего изобретения удивительные способности маленького жучка, встреченного ими во Флориде. Профессора Пола Стина и его коллег поразило то, что жук удерживается на зеленом листе с силой, в сто раз превышающей его собственный вес, и при желании практически мгновенно отрывается от него.
Как тут было не подумать о рукотворном устройстве, с помощью которого человек сможет передвигаться по стенам? Результаты исследования, которое предшествовало разработке небольшого макета такого прибора, появилось в февральском выпусе онлайн-издания «Трудов Национальной академии наук» (Proceedings of the National Academy of Sciences).
Подражая бесхитростному насекомому, сотрудники университетской лаборатории использовали для создания своего «переключаемого устройства прилипания» хорошо известную каждому школьнику силу поверхностного натяжения воды. Да, да, ту самую, которая обеспечивается притяжением молекул поверхностного слоя и не позволяет воде вылиться из чашки, даже если ее уровень чуть выше краев. И благодаря которой не тонет аккуратно положенная на гладкую водяную поверхность металлическая игла.
Не вдаваясь в подробности, конструкция прибора сводится к плоским пластинам со множеством мельчайших отверстий, через которые с помощью электрического поля прокачивается вода. В результате возникают крохотные капельки, поверхностное натяжение которых заставляет устройство схватываться с другой, например, стеклянной поверхностью.
Эти контакты устанавливаются за доли секунды и столь же быстро прерываются при переключении полярности встроенной в прибор низковольтной батарейки. Очень компактное устройство выполнено из обычных материалов и не имеет никаких твердых движущихся частей.
«Обычно силы поверхностного натяжения относительно слабы, - говорит доктор Стин. - Но если вы создаете их в большом количестве и можете управлять ими, как это делает жук, вы можете получить значительные силы прилипания, которые в конце концов могли бы реализоваться в приклеивающихся и отрывающихся от стен ботинках или перчатках».
По мере того как ученые уменьшали размеры отверстий и их становилось больше, прилипание становилось все  более сильным. Один из опытных образцов с тысячью 300-микронных отверстий мог удерживать приблизительно 30 граммов – больше чем 70 металлических скрепок для бумаг. Конечно, это еще бесконечно далеко от веса человеческого тела, но этот пример подтверждает правильность выбранного учеными пути. Сейчас они пытаются создать устройство площадью один квадратный дюйм с миллионами 1-микронных отверстий, которое сможет удерживать вес более 15 фунтов.
Если же им удастся решить одну из самых больших своих проблем и надежно удерживать от сливания воедино оказывающихся рядом капель, липкая поверхность в их приборах станет еще более сильной. Одно из решений - покрывать капельки тонкими мембранами. Такая капсулированная жидкость, по словам Стина, могла бы сделать возможным создание устройства размером с кредитную карту и «способного взломать запертую дверь посредством прикладывания электрического напряжения очень небольшой величины».
В своем стремлении предоставить человеку возможность прогуляться по вертикальной стене ученые Корнела не одиноки.
Примерно год назад участникам проходившей в Пасадене Международной конференции по робототехнике и автоматике был представлен нехитрый с виду механизм, созданный американскими специалистами исследовательской лаборатории SRI International Lab. Этот робот свободно передвигался по вертикальным стенкам со скоростью 10 дюймов в секунду.
Решить эту задачу калифорнийским ученым тоже помогли живые существа. На этот раз ящерицы гекконы, способные передвигаться по гладким вертикальным стенам и даже по потолку.
Объясняется эта экстравагантная способность наличием сотен тысяч и даже миллионов щетинок на лапках. Щетинки контактируют с поверхностью стены на очень малых, молекулярных расстояниях, при которых начинает работать явление, называемое мудреным словом “адгезия”, означающим склеивание поверхностей разнородных тел. Именно адгезия и обеспечивает прочное сцепление геккона с материалом стены.
Уже на конференции в Пасадене машинкой SRI International Lab. заинтересовались военные, специалисты космического ведомства и работники двух министерств – внутренней безопасности и Агентства по охране окружающей среды (ЕРА). Наверняка все эти правительственные организации со временем обратят внимание и на работу Пола Стина и его коллег.