De kleefkracht van gekko's

Kleven als een gekko
Subtiele haartjes kleven moleculair

Alsof hij spot met de zwaartekracht, zo loopt een gekko vlotjes tegen muren op. Of tegen een glasplaat, hoe glad het oppervlak ook is. Eenmaal bij het plafond aangekomen lacht het diertje de machteloze zwaartekracht nog eens extra hard uit. Moeiteloos maakt de tropische hagedis een ommetje over het plafond, op zijn kop welteverstaan. Zelfs onder water blijft de gekko plakken en - hoewel dodelijk voor het dier zelf - ook in een vacuüm. De pootjes van de gekko hebben zo’n grote kleefkracht dat ze met gemak het gewicht van het hele dier kunnen dragen. Ook aan één teen kan een gekko blijven hangen.
 
De enorme kleefkracht heeft het dier niet te danken aan zuignapjes, supersterke lijm of magnetische velden. Het geheim? Miljoenen uitzonderlijk kleine haartjes, onder de voetzolen van het dier. Een soort borsteltjes zijn het, onzichtbaar voor het blote oog. Elk gekkovoetje bevat ongeveer een half miljoen haartjes, die ruwweg tien keer dunner zijn dan een mensenhaar. Nu is dit al aardig klein, elk haartje is ook nog eens duizend keer vertakt. En het zijn die ontelbare gespleten puntjes die de gekko overeind houden.
 
Plakkerig zijn de haartjes in feite niet, maar de uitlopers zijn zo klein dat er heel verrassende krachten in het spel komen. De uiteinden van gekkohaartjes zijn zo klein dat ze aangetrokken worden door de moleculen van het oppervlak waarop de gekko loopt. In de scheikunde staat die aantrekkingskracht tussen moleculen bekend als de Vanderwaalskracht. Een vrij zwakke kracht is het eigenlijk, vele malen minder sterk dan bijvoorbeeld de chemische bindingen die ontstaan als stoffen met elkaar een chemische reactie aangaan.
 
Een zwakke kracht mag het dan in principe wel zijn, als er duizend keer een miljoen gespleten puntjes zo’n Vanderwaalsbinding aangaan is het menens. Door de overvloed aan aantrekkingskrachten zijn de gekkopootjes en het oppervlak te beschouwen als één moleculair geheel. Er is dan ook behoorlijk wat kracht voor nodig om een gekko los te trekken. Naar verluidt kunnen de vier pootjes van een gekko samen ongeveer dertig kilo dragen, oftewel het gewicht van een forse kleuter.
 
Gelukkig voor de gekko hoeft het beestje zelf niet zo hard aan zijn poten te trekken om los te komen. Integendeel, als het moet loopt hij met een snelheid van een meter per seconde tegen een muur op. En elke seconde zet hij dan maar liefst vijftien voetstappen. De gekko krijgt zijn voetjes van de vloer door zijn tenen op te tillen onder een hoek van dertig graden. Niet in één keer, maar stukje bij beetje krult de gekko zijn tenen op, die hierdoor ineens enorm flexibel blijken. De manier waarop het dier zijn tenen losmaakt lijkt een beetje op het lostrekken van een stuk plakband of klittenband.
 
Maar daar houdt de vergelijking met plakband verder op. Plakband verliest na een paar keer plakken en lostrekken al snel zijn kleefkracht. Gekkopootjes daarentegen gaan een leven lang mee. Wat de pootjes extra bijzonder maakt, zeker vergeleken met plakband, is dat ze niet vies worden. Een gekko kan een sprintje trekken door de zandbak, en zonder schoonmaakbeurt doorlopen tegen de muur op. Hoe het propere beestje zijn pootjes altijd schoon houdt is nog altijd een raadsel.
 
Onderzoekers blijven niettemin zeer geïnteresseerd in de kleefkracht van de gekko. Nog maar een paar jaar geleden werd vastgesteld waarom gekkohaartjes zo goed kleven. De Amerikaanse bioloog Kellar Autumn beschreef het fenomeen in 2000, na jarenlang de vingerafdruk van gekko’s te hebben bestudeerd. Nu hij het geheim van de gekko heeft ontrafeld wordt het tijd om de kleefkunsten na te bootsen. Misschien in de vorm van superlijm, of gekkoplakband. Robotbouwers zijn alvast erg geïnteresseerd, en intussen werken verschillende onderzoekers samen met Autumn. Hun gezamenlijke doel is robots uit te rusten met kunstmatige gekkopootjes, zodat ze overal tegenop kunnen lopen. Een échte gekkorobot bestaat nog niet, maar daar wordt hard aan gewerkt.

http://www.irobot.com/rd/p05_Gecko.asp

bron: vpro.nl

cool lijkt me wel leuk een gekkobot.
Kunnen we de stofzuigrobot ook het plafond laten zuigen.
En dan kun je ook een ramenwasserbot maken.

Maar hoe willen ze gekkopootjes namaken. bestaat er al een manier om superkleine haartjes te maken?

Net als Spiderman hangen aan het plafond?
 
^{bron:planet.nl}
 
Net als Spiderman aan het plafond hangen? Volgens een studie moet dat op een dag kunnen.
Dit zegt professor Nicola Pugno die zijn onderzoek donderdag publiceert in Journal of Physics. Hij meent dat er een pak gemaakt kan worden dat ook mensen in staat stelt ondersteboven aan een plafond te hangen. Hierbij zou gebruik gemaakt moeten worden van de technieken die ook gekko's gebruiken om dit te doen.

Deze dieren hebben een grote hoeveelheid kleine haren op hun lijf die er voor zorgt dat ze zich vast kunnen houden aan muren en plafonds. Gekko's zouden met behulp van deze haren zelfs tot honderd keer hun eigen gewicht kunnen houden.

Van der Waalskracht
De gekkko maakt hiervoor gebruik van de zogenaamde Van der Waalskrachten, aantrekkingskracht tussen moleculen met een gesloten elektronenschil.

De haartjes die de gekko in staat stellen te kunnen blijven hangen aan een plafond, zouden in het pak vervangen moeten worden door koolstofnanobuisjes.

De professor voorziet dat het te maken pak gebruikt kan worden in de ruimtevaart en bij defensie. Daarnaast is de methode volgens hem toepasbaar bij ramenwassers.

Links:
Professor Nicola Pugno
Journal of Physics
Van der Waalskrachten
Informatie over de gekko
BBC-artikel

Wetenschapper ontwikkelen sterkste 'gekko-lijm'

AMSTERDAM - Wetenschappers uit de Verenigde Staten hebben een ongekend sterk kleefmateriaal ontwikkeld, dat is gebaseerd op de klimtechniek van gekko's.
 
De onderzoekers Zhong Lin Wang en Liming Dai maken deze week melding van hun vinding in het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Science.
 
Ze beweren dat een vierkante centimeter van hun kleefmateriaal met gemak krachten van 100 Newton (bijna 10 kilo) kan opvangen. De kleefstof is daarmee 10 keer sterker dan de gekko zelf. Ook kan het - net als de poten van het dier - eenvoudig worden losgetrokken met een ruk in de juiste richting. In theorie is het materiaal daardoor geschikt om mensen tegen muren op te laten lopen.

Haartjes
Nog nooit eerder slaagden wetenschappers erin de kleeftechniek van gekko's zo goed te imiteren. De dieren blijven aan muren kleven door minuscule haartjes onder hun poten. De haartjes zijn zo klein, dat ze worden aangetrokken door moleculen in het oppervlak waarop ze lopen.

Die aantrekkingskracht tussen moleculen staat in de scheikunde bekend als de Vanderwaalskracht en is eigenlijk maar heel zwak. Door het grote aantal gespleten punten van de gekko-haartjes wordt het aantal contactpunten echter zo groot dat de dieren stevig blijven vastzitten.

Nanobuisjes zorgen voor kleefkracht
De Amerikaanse onderzoekers hebben dat fenomeen nagebootst met nanobuisjes van koolstof. De kunstmatige haartjes zijn gekruld aan het uiteinde, zodat ook hier het contactgebied met oppervlaktes wordt vergroot.

Het kunstmatige kleefmateriaal kan worden onthecht op dezelfde manier als gekko's hun pootjes weer losmaken, namelijk door het loodrecht en verticaal los te trekken van het oppervlak.

Lijm in ruimte 
Toepassingen voor het nieuwe materiaal zijn er volgens de onderzoeker genoeg. Zo verwachten ze dat de kleefstof goed van pas zal komen in de ruimte.

"In de ruimte is er een vacuüm, traditionele soorten lijm drogen daar snel uit", aldus Liming Dai op de Amerikaanse website Sciencedaily. "Ons kleefmateriaal is al volledig droog, omdat het is gebaseerd zijn op nanobuisjes."

Mogelijk zou het materiaal van Dai en Wang ook de eerste stap kunnen zijn naar de ontwikkeling van een spidermanpak. "Dat zullen we onderzoeken als er behoefte aan is', aldus Dai. 'Maar we moeten nog veel leren over de aantrekkingskracht van de nanobuisjes. Zo is het maar de vraag of de kleefkracht even groot blijft als we grotere lappen van het materiaal ontwikkelen."

^{bron: NU.nl}

zie ook:http://www.sciencedaily.com/releases/2008/10/081009143704.htm
http://www.nanoscience.gatech.edu/zlwang/wang.html
http://academic.udayton.edu/LimingDai/