在纽约市的高楼大厦间飞来荡去，在飞驰的车流中自由穿梭，在光滑的玻璃墙幕上快速爬行，“蜘蛛侠”的这一身本领让人“眼热”，如果我们也能像他一样飞檐走壁，是不是很酷？其实，这个美梦已经不再是梦，只不过灵感不是来自吐丝的蜘蛛，而是脚底多毛的壁虎。1壁虎“凭什么”飞檐走壁？在自然界中，不少动物练就了一手爬墙如履平地的绝技，蜘蛛、蚂蚁、苍蝇、壁虎等都有这一门功夫，不仅可以在墙壁上直上直下的行走，还能在天花板上停留与爬行，简直视重力如无物。壁虎爬行如果说蜘蛛、苍蝇是因为体重很轻，可以用小爪子勾住墙壁，而爪子里的毛（或毛状物）可以吸附在墙壁上，从而克服自身的重力，实现“飞檐走壁”的话，那比它们要重得多的壁虎，要怎么做到这一点呢？其实，壁虎或多或少使用了与蜘蛛相同甚至更为精妙的技巧。以大守宫为例，它是亚洲体型最大的壁虎，体长可达30至40厘米，重达至克。我们用肉眼就能看到它柔软的足垫上呈现出一条条弧状褶皱，长度约为1～2毫米，就像胶鞋的鞋底凹槽一样，但要精细很多。上世纪60年代，科学家利用扫描电镜发现，它们的脚掌呈现出一种多分级、多纤维状表面的错综复杂的黏附系统结构。壁虎的每个脚趾，都长着数百万根极细的“刚毛”，每根刚毛的长度约为30～微米（1微米=0.毫米），直径约为人类头发直径的十分之一。而每根刚毛的末端，又分叉形成数百根更细小的铲状绒毛(～0根)，每根绒毛长度及宽度方向的尺寸约为纳米（1纳米=0.微米），厚度则在5纳米左右。科学家测算，壁虎在每平方厘米面积上的刚毛数量多达1万余根，而一只大守宫壁虎脚掌上刚毛数量约为万根。这种精细结构使得刚毛与物体表面分子间的距离非常近，从而产生分子引力，即范德华力。（也有说壁虎爬墙是利用卡西米尔效应，这两种说法其实都没错。范德华力是卡西米尔效应的微观角度描述，是分子尺度的卡西米尔效应，二者在此处是等价的。）2神奇的“范德华力”不用胶水就能黏上范德华力是产生于分子或原子之间的吸引力，由于这种引力过于微弱，通常没有人加以注意，比如新手机屏幕保护膜就是靠范德华力“粘”在手机屏幕上的。其实，当我们把手贴到墙上时，也会产生范德华力，那为什么我们可以毫不费力地移开，没有被黏上的感觉。手指与墙壁之间的范德华力去哪了呢？这是因为你的手指并没有真正碰到墙壁，或者说实际接触面积太小。墙壁表面看似平整，但如果放大成千上万倍就会发现其实是凹凸不平的，你的手指只是放在了墙壁不规则表面的顶端，手指上大部分的分子其实离墙体很远，形成的吸引力根本不值一提。因此，你的手并不会被吸附到墙壁上。与前面情况不同的是，壁虎脚趾上达到纳米量级的刚毛，使得壁虎能轻易与各种表面达到近乎完美的结合。虽然每根刚毛产生的力量微不足道，但累积起来就很可观。壁虎每一根刚毛末端的铲状绒毛与墙面之间都能产生相当于一粒沙子重量的吸引力。一只大守宫每个脚掌的面积大约是平方毫米，长着约万根刚毛，可产生约20牛顿的吸附力，而它的重力只有大概3牛顿。所以，只用一只脚，它们也能牢牢抓住墙面。这时候有人要问了，既然粘力强大如斯，壁虎要怎么“拔脚”呢？其实，壁虎就是用揭手机膜的方法拔脚的。通过高速摄像机，科学家们观察到壁虎每次拔脚都是从向上卷曲趾尖开始的，相当于先揭开一角。从弯曲趾尖到整个脚脱离平面，只用短短一瞬间。3动一动脚掌不带走一颗沙粒壁虎生活的环境并不是那么干净，灰尘、花粉颗粒，这些都足以让壁虎失足，可是也没见哪只壁虎好端端的从天花板上掉下来，可谓“踏雪无痕”，这其中有何玄机呢？那我们得先了解一下什么是“荷叶效应”。“荷叶效应”是指表面的一种超疏水性，这种“疏水性”指的是一个分子与水互相排斥的物理性质。这也是为什么我们经常可以看到水滴在荷叶上来回滚动的原因。壁虎脚底的刚毛及其绒毛，就具有类似的自洁能力。它们从不清理自己的脚，脚底也不会自动分泌液体。但是不管在多么脏的物体表面行走，当它走了几步后，脚上的脏物就会自动脱落。壁虎脚在踩到脏物后，脏物的颗粒只是堆积在刚毛表面，而不是粘在刚毛上。因此，当堆积到一定程度之后，脏污颗粒在重力作用下就会脱落。4我们也可以“壁虎漫步”吗？对我们来说，在皮肤上长出天然的刚毛显然是不可能的了，那能不能穿上一件带有纳米刚毛的靴子或手套的蜘蛛侠套装呢？还记得《碟中谍4》中阿汤哥徒手爬多米高的迪拜塔吗？阿汤哥当时用的正是神奇的“壁虎手套”。虽然没有阿汤哥那么拉风，但现实中“壁虎手套”已经出现。斯坦福大学研制出的一个小工具，可以使人类像蜘蛛侠一样立在玻璃上，攀岩者使用它成功的爬上了光滑的玻璃。不止是壁虎手套，还有很多灵感来自于壁虎的新技术产品。比如，可以让人类攀爬在透明玻璃墙上的小发明，让机器人能够拉动比自身重量重数百倍物体的器械，以及方便宇航员用于空间修复的钳子等。前不久，德国科学家也开发出一种具有超疏液性的仿生纤维粘合材料。这种特殊的蘑菇形绒毛结构，不仅可以排斥水，而且可以有效地排斥任何液体，包括油，并且始终保持粘合力。几十亿年的进化与“适者生存”造就了壁虎等生物在各种表面上运动的能力，这种能力远超越了人们的想象。虽然，人类目前还不能达到这样的水平，但随着对壁虎等生物超强黏附能力研究的深入，相信，我们未来的生活将会变得更好、更有趣。创作：中国科技馆新媒体团队审核：冉浩新媒体团队特邀专家本文来自：中国数字科技馆
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