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親,想不想秒變蜘蛛俠?

前一陣上映的《復仇者聯盟3》中,蜘蛛俠正式加入復聯。他解救了奇異博士,表現搶眼,在和滅霸對抗中,帶著螳螂妹飛來飛去也是非常的帶感。那我們聊聊,我們是不是也可以變成蜘蛛俠呢?

我們先來想想,蜘蛛俠有很多本事,那他最重要的本領是什麼呢?是吐絲么?嗖嗖嗖……

還是在高樓間飛來飛去?嘩,嘩,嘩……

不過,小編認為,蜘蛛俠最厲害的,可能是這個本事——飛檐走壁。你想啊,你再怎麼晃,怎麼飛,總得落腳吧,這時候萬一不能穩穩地貼到牆上……是吧。所以說,飛檐走壁才是蜘蛛俠的基本功。你想變成蜘蛛俠,首先得考慮一下這個本領。

那麼,這個本領如何煉成呢?我們到大自然中尋找答案。想想地上爬的、河裡游的,哪些生物擁有這個本領可以讓我們借鑒一下呢?

我們想到了下面四個傢伙:壁虎、貽貝、樹蛙和章魚,來看看他們是怎麼貼在牆上、岩石上等等的吧。

壁虎、貽貝、樹蛙和章魚的照片(圖片來源:a) S. N. Patek. Science2014,345, 1448. b) Ditsche, P., Summers, A. P.. Beilstein J.Nanotechnol.2016, 26, 3496. c) Iturri, J., del Campo,A., et al. Adv. Funct. Mater.2015, 25, 1499. d) http://www.sciencemag.org/news/2015/08/octopus-genome-surprises-and-teases)

壁虎:通過足部的分級結構剛毛產生的范德華力飛檐走壁,能在乾燥環境下粘附在牆上;

樹蛙:通過具有微納結構的腳墊和自身分泌的粘液,在樹榦上形成毛細液橋,實現潮濕環境下的粘附;

貽貝:通過絲狀足分泌的粘液粘附在岩石上;

章魚:通過觸手上的吸盤產生的負壓抓捕獵物和在礁石上攀爬。

看到了吧,知識點是:粘液、(腳上或觸手)吸盤。也就是說,我們只要解決了這兩項,也就能擁有「飛檐走壁」這個本領了。

其實,科學家們早就關注到了這個領域,而且,已經研究出了仿生吸盤了。最近,中科院理化技術研究所仿生智能界面科學實驗室王樹濤研究員團隊就提出了一種用來製備微米吸盤結構的辦法。

結合氣液固三相線調節和電化學聚合,在超疏水矽片陣列上沉積具有可控生長方向的仿生吸盤。

上圖就是科研人員用這個方法製備的仿生吸盤。這個吸盤建立在微柱頂部,帶電的鉑片在微柱上方。通過調控鉑片和微柱陣列模板之間的距離,微柱頂部仿生吸盤的生長方向從朝上(+26 ± 5°)變到朝下(-32 ± 7°)。並且仿生吸盤距離微柱頂部的距離,也可以隨著固體、液體和氣體這三種不同的電流接入不同,而發生改變。

科研人員還系統地研究了影響仿生吸盤生長的因素,比如電聚合時間、電聚合電流的大小、微柱的形狀和大小、導電聚合物的種類。

仿生吸盤能夠像機械吸盤手一樣用於轉移水滴。通過調節聚合時間,得到不同大小的仿生吸盤,每個仿生吸盤和水滴之間會形成毛細液橋,進而可以調控對水滴的粘附力,實現液滴的有效轉移。

利用這種方法製備得到的仿生吸盤,可以和滴液形成毛細液橋,通過調節仿生吸盤的大小,可以改變對粘液的粘附力,進而用於粘液的有效轉移。簡單來說,就是用這個辦法,我們可以製造出在牆上、水裡、甚至空氣中都能夠隨意「飛檐走壁」的吸盤。

壁虎啟發的聚醯胺粘附膠帶、章魚啟發的微型吸盤陣列化的智能醫療皮膚、用於傷口治療的納米吸盤膠帶和通過毛細液橋作用的爬牆機器人(圖片來源a) Geim, A. K., Shapoval, S. Y., et al. Nat. Mater.2003, 2, 461. b) Choi, M.K., Park, O. K., et al. Adv. Healthc.Mater.2016, 5, 80. c) Chen, Y. C., Yang, H., et al. ACS Nano.2017,11, 5332. d) Suzuki,K., Miura, H., et al. J. Adv. Mech. Des. Syst.2010, 4, 383.)

你看,製備出的聚醯胺粘附膠帶,就可以讓你跟蜘蛛俠一樣貼在牆上了,而爬牆機器人也能製造出來了。不止這些,在醫學上,這種方法也是大有用處,比如受章魚吸盤的啟發,科學家研製了具有粘附給葯治療功能的智能皮膚膠帶,以及用於傷口治療的納米吸盤膠帶。這些,都是我們向大自然學習的成果。

好了,現在你知道怎麼擁有蜘蛛俠這種「飛檐走壁」的本領了吧,那就是多關注仿生吸盤的最新成果,說不定,科學家很快就能製造出穿上就能爬牆的蜘蛛俠套裝呢?值得期待哈~~

來源:中國科學院理化技術研究所


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