Guantes-placas que permitirán a una persona moverse a lo largo de una pared vertical. DARPA muestra guantes para escalar paredes
Algunas arañas tienen un cuerpo bastante macizo, sin embargo, a pesar de la gravedad, pueden trepar fácilmente sobre superficies verticales absolutamente lisas. Los zoólogos se han preguntado por este secreto durante muchos años, y ahora han descubierto una característica anatómica interesante y un truco de comportamiento de los artrópodos que les permite gatear sobre cualquier superficie.
Las arañas tienen miles de diminutos pelos en las puntas de sus patas que crean puntos de contacto. Estos pelos son muy pequeños y flexibles, por lo que pueden engancharse en cualquier mínima irregularidad. A nivel molecular, cada superficie, incluso la superficie aparentemente más lisa, tiene asperezas y protuberancias que solo pueden ser agarradas por pelos muy finos.
"Dado que los pelos de las patas de las arañas también son muy flexibles, pueden engancharse en varias partes de la superficie a la vez. Esto proporciona una adherencia adicional", explica el autor principal Jonas Wolff, biólogo de la Universidad de Keele en Alemania.
A diferencia de los animales marinos percebes, que se adhieren a las rocas o a los cascos de los barcos, las arañas solo adhieren sus patas temporalmente a la superficie por la que trepan. Los biólogos llaman a esta habilidad "apego dinámico". Los autores del nuevo estudio comparan el proceso con el moldeado de pegatinas en el frigorífico.
“A diferencia del pegamento, que adhiere una superficie a otra durante mucho tiempo, los pelos de araña se adhieren a las irregularidades por solo un segundo, luego de lo cual el contacto se puede romper sin mucha dificultad”, dice Wolff, quien ha estado trabajando en este tema durante muchos años. .
Como parte de su experimento, los científicos investigaron las habilidades de las arañas de la especie Cupiennius salei... Estos artrópodos generan suficiente fuerza adhesiva para no caer, pero son capaces de arrancarse rápidamente las patas para agarrar y absorber presas al instante.
Como regla general, el ataque a la víctima dura solo un cuarto de segundo, después de lo cual la araña escapa a una velocidad de medio metro por segundo. Para tales manipulaciones, debes quitar los vellos extremadamente rápido, dice Wolff.
Inicialmente, los científicos sugirieron que el secreto radica solo en los pelos de las patas, pero Wolff sospechó que esta no era la única característica de las arañas. Midió la fuerza que el cuerpo de la araña imparte al vidrio y fue igual a 97 mili-Newtons, o 10 gramos.
"No suena muy impresionante, pero son tres o cuatro pesos del cuerpo de una araña. Por lo tanto, puedes colgar un peso igual a su masa en el cuerpo de la araña, y el animal no se cae de una superficie lisa de vidrio vertical. En en individuos pequeños, esta proporción es aún mayor, ya que las puntas de sus patas son aún más pequeñas en relación al volumen corporal”, dice el biólogo.
Para determinar cómo cada pata individual genera fuerza clave, los investigadores aplicaron cera de abejas tibia a las patas de las arañas, haciéndolas incapaces de adherirse a los pelos. Las patas se "apagaron" primero una a la vez, luego en pares y luego todas a la vez. Los científicos descubrieron que la fuerza generada por las patas opuestas (por ejemplo, la delantera izquierda y la trasera derecha) reveló la capacidad del artrópodo para adherirse al vidrio liso.
Cuando las patas opuestas se separan, se genera más fricción entre los pelos y la superficie, y debido a esto, la araña sujeta su cuerpo de forma más segura. Pero en el momento en que es necesario arrancar las patas y apoderarse de la presa, los artrópodos reducen la distancia entre las extremidades y la pegajosidad disminuye.
En su artículo publicado en Journal of Experimental Biology, Wolff y sus colegas hablan sobre sus observaciones y cálculos. Los científicos también mencionaron que las personas no habrían podido recurrir al mismo truco, incluso si lo hubieran hecho: una persona es demasiado pesada para tales habilidades.
Al observar en las películas y en las páginas de los cómics cómo cualquiera de nuestros héroes realiza hazañas de superhéroes con la ayuda de sus superpoderes, todos, tarde o temprano, se hacen la pregunta: ¿cómo se comportaría si tuviera poderes sobrenaturales a su disposición? ¿Qué le gustaría? ¿Correr como Flash? ¿Volar como Superman? ¿Escuchar y sentir como Daredevil? ¿O trepar por las paredes como Spider-Man?
Y aquí la ciencia despiadada viene al rescate. Con una patada giratoria, acuesta a un soñador fanático de los superhéroes para explicar en detalle cómo funcionan esas habilidades con la física del mundo real. Barry Allen mataría a todos los que intentara salvar. Clark Kent consumiría millones de insectos todos los días. Matt Murdoch puede quedar sordo o envenenado instantáneamente. Pero Peter Parker balanceaba manos enormes, del tamaño de una raqueta de tenis.
Según cálculos de científicos de la Universidad de Cambridge, Spider-Man, capaz de pegarse a las paredes, tendrá un aspecto bastante extraño. Para soportar el peso de un hombre adulto, las palmas de las manos deben tener 1 metro de diámetro y los pies deben tener un tamaño de 145 EUR. Solo queda imaginar cómo se vería Tobey Maguire con tales extremidades.
« Si una persona quisiera trepar por la pared como un gecko, necesitaría unas piernas enormes y pegajosas. Talla de calzado: 145 europea o 114 estadounidense"Dice el autor principal Walter Feederle en el Departamento de Zoología de Cambridge.
El autor de los cálculos originales, el Dr. David Labont, señala: “ A medida que aumenta el tamaño del animal, la superficie corporal en volumen disminuye. Una hormiga tiene un área de superficie muy grande, pero un volumen muy pequeño, mientras que un elefante tiene un volumen y un área de superficie pequeña.».
« Esto causa problemas a las criaturas grandes que intentan escalar superficies verticales. Cuanto más grandes y pesados sean los animales, más deben pegarse, pero tienen menos superficie corporal para los retoños. De esta forma, se puede calcular el tamaño máximo de un animal capaz de adherirse. Y conseguiremos un gecko".
Pero hay otra solución al problema: aumentar la pegajosidad. Esta alternativa es seguida por animales cuyo tamaño y peso están por delante del tamaño de las patas pegajosas. Entonces, tal vez Spider-Man no tenga que luchar contra los criminales con sacos gigantes de papas en lugar de puños y esquís en lugar de pies.
Durante un largo y tortuoso episodio en la vida de Peter Parker Saga de clones el héroe tuvo que enfrentar las consecuencias de una mayor adhesión. Cain, uno de los clones de Spider-Man, creado por el demente genetista Jackal, obtuvo la capacidad de "cauterizar" la carne humana, precisamente porque sus manos estaban demasiado apretadas.
Entonces, si quieres convertirte en Spider-Man en la vida real, no te sorprendas si te ven como un bicho raro, incluso sin máscara. Si la evolución elige la primera opción, en lugar de brazos y piernas, obtienes aletas. Si es el segundo, entonces en el primer intento de salvar a una persona, existe una alta probabilidad de que le quites la piel.
Los científicos no tienen prisa por descubrir cómo una persona produciría una red en la vida real.
© STOCK
Muchos lagartos, como los geckos, tienen una notable habilidad para escalar fácilmente superficies verticales. Este proceso ha fascinado a los científicos durante muchos años, pero descubrieron cómo sucede recientemente.
Una comprensión más clara del principio de acción de las almohadas en las patas del gecko dio a los especialistas la esperanza de que una copia exacta de estas almohadas pudiera soportar el peso de una persona.
Pero había un problema más con estos "guantes de gecko-man" por resolver: el problema de la distribución uniforme del peso. El peso de la persona colgada debe distribuirse de manera que no surja tensión crítica en ninguna almohada que pueda causar una reacción en cadena y destruir todo el sistema. Un equipo de investigadores dirigido por el ingeniero de Stanford Ethan Hawkes cree haber resuelto este problema. Desarrollaron un aglutinante seco llamado PDMS, que contiene nanofibras similares a los pelos de la lagartija. Se alinean a medida que el guante se mueve hacia abajo sobre la superficie y el agarre aumenta por la atracción electromagnética resultante. Al mismo tiempo, el guante se "despega" fácilmente de la superficie cuando un tirón es perpendicular a su plano.
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Fuente original: pie de gecko y microfotografía de una cerda con numerosos "omóplatos"
Propósito: "traje de Spiderman", que le permite sentirse libre en cualquier superficie
Los lagartos Gecko pueden trepar por paredes verticales e incluso techos gracias a los millones de diminutos pelos ubicados en las plantas de sus pies. Hay miles de almohadillas en miniatura al final de cada cabello. Estos pads se adhieren firmemente a cualquier superficie, interactuando con ella a nivel de moléculas y átomos, debido a las fuerzas de van der Waals de naturaleza electromagnética. Tal mecanismo permite que los geckos carguen peso, varios cientos de veces su propia masa, pegando sus patas al techo oa la pared.
El mismo principio se puede utilizar con éxito para crear un disfraz especialmente diseñado, con la ayuda del cual una persona puede escalar paredes empinadas. Un grupo de expertos italianos encabezados por Nicola Pugno hizo una declaración. La idea es recubrir los guantes y las botas con cerdas sintéticas desmenuzadas para garantizar una adherencia suficiente a la superficie. Ya existen materiales similares; recuerde que la capacidad del robot Stickybot para moverse en superficies verticales se demostró anteriormente debido a los muchos pelos de elastómero que cubren sus tentáculos (escribimos sobre esto en el artículo "Tecnología del año"). Sin embargo, no todo es tan sencillo como podría parecer a primera vista.
La fuerza con la que el velcro se adhiere a la pared es directamente proporcional al área. A medida que aumenta el tamaño del cuerpo del gecko, la superficie de las plantas de los pies aumentará en proporción al cuadrado de su longitud, y el peso en proporción al cubo. Resulta que si el gecko se agranda al tamaño de un hombre, no podrá escalar ninguna pared vertical. Por lo tanto, los guantes de Spider-Man deberían tener una adherencia mucho mejor que los pies del gecko.
Afortunadamente, los famosos reptiles geckos no utilizan al cien por cien las capacidades de las fuerzas de Van der Waals. “Según algunos cálculos, la fuerza de adherencia puede incrementarse hasta 200 veces el nivel que exhiben los lagartos. Sin embargo, hasta ahora esto es solo una teoría”, explica el científico italiano. Espera lograr un rendimiento aceptable mediante el uso de nanotubos de carbono.
Sin embargo, garantizar una adhesión adecuada es solo la mitad de la batalla. También es necesario pensar en un mecanismo que permita al usuario del disfraz arrancar el velcro de la pared (¡necesita reorganizar los brazos y las piernas de alguna manera!). Y, por último, el velcro debe ser autolimpiable, de lo contrario, las partículas de suciedad lo dejarán fuera de servicio muy pronto. Esto se puede lograr impartiendo propiedades repelentes al agua muy fuertes a la superficie adherente: pequeñas gotas de agua que fluyen hacia abajo desde los nanotubos eliminarán las inclusiones extrañas de ellos. Para hacer esto, basta con cambiar ligeramente la topología de la superficie de trabajo, aunque su "pegajosidad" se deteriorará. “Es muy difícil hacer que todos estos elementos funcionen al mismo tiempo, porque están en cierta contradicción. Sin embargo, los geckos son la prueba viviente de que, en principio, esto es bastante alcanzable”, concluye Nicola Puno.