《生命世界》
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壁虎漫步
2009-12-15 09:48:41
一亿多年前的东南亚大陆，气候温暖湿润，树木郁郁葱葱。一轮骄阳把空气烤得燥热无比，一只壁虎也不无烦躁地在树枝上爬来爬去，它预感好像要发生点儿什么……森林里生长着一大片松树，在炎炎烈日的曝晒下，松树不断地分泌出树脂，并且像眼泪一样地流下来，“啪”——松脂正好包住了心神不定的壁虎。
形态各异、色彩斑斓的壁虎脚趾
后面的故事想必大家都很清楚，地壳开始激烈地运动，树脂和壁虎由此形成了琥珀，而壁虎也得以穿越到21世纪，成为科研人员手中的宝贵资料。透过在缅甸发现的世界上最古老的壁虎化石，人们清晰地看到了这只远古壁虎脚上的微小的绒毛。远古时代的壁虎就具备了非同寻常的攀爬能力，这块化石不能不说是一个铁证。但是，壁虎究竟是在何时开始具备这种黏附能力，以及何时形成黏性脚趾，至今还是一个未解之谜。
大壁虎是最大的一种壁虎，背腹面略扁，头较大，呈扁平的三角形，眼大而突出，位于头部的两侧。和一般壁虎一样，大壁虎能轻松自如地倒挂在玻璃上
我们再穿越到遥远的古希腊，一个微风吹拂的傍晚，伟大的学者亚里士多德呆呆地望着墙壁上攀爬的壁虎。他很困惑，上帝究竟赋予壁虎何种神奇的力量，使之在光滑的墙壁上也能穿梭自如？这个令亚里士多德苦恼的问题最终也引起现代科学家的注意，在他们不懈的努力下，力学和生物学的研究终于彰显出壁虎潜藏在脚趾中的能耐。
壁虎脚部密集的刚毛
初看壁虎的脚趾，普普通通，4只脚，每只脚有5个趾。放大镜下观察，令人大开眼界，壁虎的脚趾实在特别，每根脚趾都覆盖着可以充分膨胀的肉垫。肉垫表面分布着数以万计，整齐排列的刚毛。每根刚毛末端又有约400～1000根更细的分支。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（分子引力也叫范德华力，是中性分子彼此距离非常近时产生的一种微弱电磁引力）。虽然每根刚毛产生的力量很小，但是累积起来就相当可观。根据计算，一根刚毛能够提起一只蚂蚁的重量，而100万根刚毛虽然占地不到一个小硬币的面积，但可以提起20千克的物体。如果壁虎同时使用全部刚毛，就能够支持125千克的物体了。原来小小的壁虎，能产生这么大的引力，当然它们就能像胶带一样牢牢地粘在墙壁上了。
壁虎脚趾以及刚毛的分叉结构
壁虎虽然像胶布一样能牢牢地粘在墙壁上，但是它同样能抬脚就走，不费吹灰之力。这次，科学家用显微摄像机录下壁虎在玻璃上移动的情况，发现当壁虎试图移动脚掌时，需要付出比吸住附着物时高600倍的力量，并将脚趾伸展到30°以上，如同人们扯下粘贴的胶带。科学家还发现，壁虎不必分泌任何物质以维持附着力，也不需要借助空气负压“吸”住物品，因此，即使在真空环境下，它脚上的黏着力也不会失灵。
生长在夏威夷的日行守官
此后，美国路易斯－克拉克学院的科研人员发现了壁虎能够“飞檐走壁”的另一原因：壁虎从不清理自己的脚，而且脚部也不会自动分泌液体。但是，不管壁虎在多么脏的物体表面行走几步后，脚上的脏物就会自动脱落。他们认为，这种特性能保持刚毛之间的分子引力，以避免从爬行的表面脱落。
豹纹蜥虎性格温顺，体色艳丽，是世界上最受欢迎的壁虎宠物之一
随着人们不断地从动物身上获得灵感，壁虎和它们那黏性十足的脚成为仿生学研究的热点。
模拟壁虎脚趾，人们制造出新型的螺丝钉（左）和胶带（右）
英国曼彻斯特大学的科研人员模仿壁虎脚趾的微结构，研制了一种柔韧的胶布，上面覆以上百万根人工合成的绒毛，每根毛的长度不足2微米。根据他们的推算，一块巴掌大的这种胶布就能将一个成年人悬吊起来。美国芝加哥西北大学的科研人员发明了一种超级胶,在水下环境也不会失去黏着力。因为灵感来源于壁虎和贻贝(在水中能够牢牢地紧贴在岩石上，即使大风大浪袭来时也能纹丝不动的一种水生动物)，得名“壁贻胶布”。由于壁虎胶带利用了细毛的黏性，不仅黏合力超强，还具有易于被揭下、不对物体表面造成损伤、可反复使用等优点。
壁虎胶布的应用范围非常广泛，包括医药、工业和军用武器等领域，尤其在医疗缝合伤口和机器人水下工作方面，优势更为突出。想想看，从伤者身上撕下绷带像壁虎抬脚一样轻松，就不会伤害伤者的皮肤了。
美国麻省理工学院的科研人员受壁虎黏性掌面的启发，采用最新计算机技术模拟了壁虎的脚趾，将绷带的表面制成微型“丘陵和峡谷”状的高低起伏，研制出一种防水绷带，使患者的伤口无须缝针便能愈合。经过数周之后，这种绷带会随着伤口的逐渐愈合而自行溶解。在绷带的最外层覆盖着一层胶，有助于绷带更好地粘贴在潮湿的患伤表面，如：心脏、膀胱或肺脏。绷带在人体内分解时不会生成毒素，也不会发炎，目前已在动物实验中取得了成功测试。
拥有壁虎飞檐走壁的本领是许多人的梦想
看过山姆·雷米导演的影片《蜘蛛侠》以后，不知道有没有人想被蜘蛛或壁虎咬上一口，也变成像彼特·帕克一样能飞檐走壁的超人。但是，如何拥有超凡的攀爬能力却是科学家一直研究的内容。基于这种想法，英国BAE系统公司模仿壁虎脚趾结构，成功开发出的“人造壁虎”材料。这种材料吸附作用显著，1平方米便能吊起一辆家用汽车。同时，它让人们沿光滑表面的垂直攀爬变得轻而易举。如果用这种材料制成适合步兵用的“步兵攀爬服”，也许让士兵具有“蜘蛛人”飞檐走壁的绝世本领。同时，人们还希望使用“壁虎材料”做成仿生手套、鞋子，应用于抢险、室内外装饰、特技表演等各种领域。在太空飞船等空间环境下，仿生材料也能解决失重条件下的一些不便。
仿壁虎的爬壁机器人
纳米仿生是目前纳米科学界最前沿的研究领域之一，近年来，科研人员试图用纳米材料来模拟壁虎脚，但都局限于光滑的物体表面，而且无法有效控制“强吸附”和“弱脱附”过程。最近，美国戴顿大学和佐治亚理工学院的科研人员用纳米材料研制出一种仿生壁虎脚，它们既能在垂直的表面上轻松吸附重物，也能从不同角度轻松取下，这使仿生壁虎脚朝着实际应用方向迈出了最关键的一步，在许多领域包括航空航天技术、电子封装和高温黏接等都显示出其巨大的应用前景。
仿壁虎的爬壁机器人
鉴于壁虎能够在墙壁、天花板等光滑表面做无障碍运动，它也成为研究爬壁机器人（能够在光滑或粗糙的各种表面上自如运动的可控移动系统,即三维空间无障碍机器人）的理想模型。像壁虎一样，爬壁机器人必须具备吸附和移动两个基本功能，从而在垂直墙壁上自如地攀爬并完成各种作业。尤其在各种极限环境下，必须要利用机器人代替人类去完成各种危险工作，如检测核密封罐、太空舱外维修、侦察窃听等。壁虎的运动原理无疑为人们研究爬壁机器人提供了一个新的思路。
