как карабкаться по стенам
Человек-паук: Залезть на стенку
Ящерки-гекконы могут ползать по вертикальным стенам и даже потолкам благодаря миллионам крошечных волосков, расположенных на подошвах лапок. На конце каждого волоска имеется тысячи миниатюрных подушечек. Эти подушечки прочно прилипают к любой поверхности, вступая с ней во взаимодействие на уровне молекул и атомов, за счет имеющих электромагнитную природу сил Ван-дер-Ваальса. Подобный механизм позволяет гекконам удерживать на себе вес, в несколько сот раз превосходящий собственную массу, прилипнув лапами к потолку или стене.
Этот же принцип может быть с успехом использован и для создания специально костюма, с помощью которого человек сможет карабкаться по отвесным стенам. С соответствующим заявлением выступила группа итальянских специалистов под руководством Никола Пуно (Nicola Pugno). Идея заключается в том, чтобы покрыть перчатки и ботинки крошеными синтетическими щетинками, обеспечивающими достаточную степень прилипания к поверхности. Подобные материалы уже существуют — напомним, что ранее была продемонстрирована способность робота Stickybot передвигаться по вертикальным поверхностям за счет множества волосков из эластомера, покрывающих его щупальца (мы писали о нем в заметке «Технологии года»). Однако не все так просто, как может показаться на первый взгляд.
Сила, с которой «липучка» держится за стену, находится в прямой зависимости от площади. При увеличении размеров тела геккона площадь поверхности подошв будет расти пропорционально квадрату его длины, а вес — пропорционально кубу. Выходит, если геккона увеличить до размеров человека, ни по каким вертикальным стенам он лазать не сможет. Следовательно, перчатки человека-паука должны обладать гораздо большей адгезией, чем лапки геккона.
К счастью, знаменитые рептилии гекконы используют возможности сил Ван-дер-Ваалься отнюдь не на все сто процентов. «Согласно некоторым расчетам, силу прилипания можно увеличить аж в 200 раз относительно того уровня, который демонстрируют ящерицы. Правда, пока это только теория», — поясняет итальянский ученый. Он рассчитывает достичь приемлемых показателей за счет использования углеродных нанотрубок.
Однако обеспечить должную адгезию — лишь полдела. Необходимо также продумать механизм, который позволил бы носителю костюма отрывать липучки от стены (нужно же как-то переставлять руки и ноги!). И наконец, липучки должны обладать способностью к самоочищению, иначе частички грязи очень скоро выведут их из строя. Этого можно достичь за счет придания прилипающей поверхности очень сильных водоотталкивающих свойств: миниатюрные капельки воды, стекающие с нанотрубок, будут смывать с них инородные вкрапления. Для этого достаточно слегка изменить топологию рабочей поверхности, хотя при ухудшатся ее «прилипчивость». «Заставить все эти элементы работать одновременно очень непросто, поскольку они находятся в известном противоречии. Однако гекконы являются живым доказательством того, что в принципе это вполне достижимо», — подытоживает Никола Пуно.
Стенолаз
 | TV Tropes Для англоязычных и желающих ещё глубже ознакомиться с темой в проекте TV Tropes есть статья Wall Crawl. Вы также можете помочь нашему проекту и перенести ценную информацию оттуда в эту статью. |
Именно то, что написано на упаковке — герой данной статьи обладает сверхсилами или спецсредствами, позволяющими ему удерживаться и перемещаться по вертикальным поверхностям без какой-либо другой опоры. Как именно ему это удаётся? Вариантов масса.
Следующий уровень — перемещение по потолку без опоры на стены. Далеко не каждый, кто сможет зависнуть на стене, сможет проделать то же на потолке, поскольку гравитация будет тянуть вас не параллельно поверхности, а от неё, так что сила сцепления должна быть сильно побольше.
Закон квадрата-куба подсказывает, что чем меньше существо, тем проще ему передвигаться по стенам и потолкам, потому как с уменьшением линейных размеров отношение физической силы и площади контакта со стеной к весу растёт, так что различные насекомые-пауки-многоножки и крошечные гекконы спокойно разгуливают на потолке над вашей головой, дожидаясь, пока вы заснёте, чтобы свалиться вам на лицо, а вот уже грызуны типа крысы или белки вынуждены цепляться за каждую неровность когтями.
Китайцы придумали присоску, позволяющую лазать по зданиям
Вакуумные присоски, многим известные с детства, находят широкое применение в промышленности, в том числе при изготовлении всевозможных лазающих роботов. В их основе лежит создание разницы давления между атмосферой и областью, ограниченной присоской и поверхностью.
Первым огромную силу, создаваемую вакуумом, продемонстрировал в 1654 году немецкий физик Отто фон Герике, который при помощи изобретенного им воздушного насоса откачал воздух из двух медных полушарий, тесно прижатых друг к другу.
После выкачивания воздуха разорвать полушария не смогли 16 лошадей, запряженных с двух сторон.
Сегодня работающие по тому же принципу присоски используются во всевозможных манипуляторах для подъема и перемещения предметов, в сельском хозяйстве, в хирургии и других областях. Присоски хорошо работают на гладких поверхностях, однако главной проблемой в их использовании становятся утечки воздуха, которые неизбежно возникают в случае, если поверхность шероховатая. Чтобы минимизировать утечки воздуха, конструкторы стараются прижимать присоски к поверхности с большей силой, а края делают гибкими, чтобы минимизировать перемещение воздуха в область с пониженным давлением. Однако полностью избавиться от вредных утечек все же не удается.
Физики из Чжэцзянского университета (Китай) разработали принципиально новый вид присосок, в которых герметичность откачанной области обеспечивается путем создания кольца быстро вращающейся воды.
Этот метод использует центробежную силу вращающейся жидкости, которая служит своеобразным уплотнителем, закупоривает все имеющиеся неровности и препятствует утечкам воздуха.
«Чтобы устранить разницу давлений в пограничной вакуумной зоне, давление на границе должно быть равно атмосферному, в то время как в самой зоне должен поддерживаться вакуум», — пояснили ученые. В центре новой присоски имеется мотор с лопастями, который призван раскручивать поступающую воду до скорости 90 оборотов в секунду, и насос, откачивающий воздух для создания разрежения. Вода при этом поступает из специального резервуара.
«У нашего метода есть множество применений, однако мы считаем, что ползающий по стене робот будет наиболее полезным, — указывают физики. — По сравнению с другими карабкающимися роботами, робот с нашей присоской достигает удивительно высоких результатов».
Почему мы не можем ходить по вертикальным стенам?
Эти ящерицы известны своей способностью прилипать к почти любой поверхности, что делает их фантастическими альпинистами. Всё дело в том, что лапки гекконов покрыты множеством микроскопических волосков.
Каждый такой волосок делится на более мелкие нити, настолько крошечные, что они взаимодействуют с поверхностью посредством межмолекулярного притяжения, или так называемых ван-дер-ваальсовых сил.
Именно благодаря миллиардам крошечных волосков гекконы обладают фантастическими способностями удерживаться на любой поверхности. Впрочем, отчасти это относится и к другим животным с аналогичными способностями, таким как пауки, тараканы, жуки, летучие мыши, лягушки и некоторые другие.
Британцы измерили размер лапок у 225 животных, от клещей до гекконов, и сравнили эти размеры с площадью их тела. Применив эту пропорцию к человеку, получается, что для обретения способности карабкаться по вертикальной поверхности поверхность ладоней и ступней должна быть не менее 40% человеческого тела.
Иначе говоря, человек должен либо прижиматься к стене 80% своего тела, либо иметь гигантские пятки и ладони. А если задаться целью сделать невероятно клейкую чудо-обувь, в которой можно будет ходить по стенам, её размер будет 145 по европейской размерной сетке!
Учитывая соотношение площади тела с площадью лапок, учёные выяснили, что геккон обладает максимально возможным размером тела для передвижения по вертикальным поверхностям указанным способом.
Любое другое животное большего размера уже не сможет похвастать аналогичными способностями, потому что физически не имеет настолько крупных лапок, которые смогли бы это обеспечить.
Гекконы «подсказали» инженерам, как правильно карабкаться по отвесным стенам
Это стало возможным, благодаря крохотным крючкам и пластинчатым щетинкам, расположенным на пальцах их лап, что обеспечивает сцепление с мельчайшими неровностями на вертикальных поверхностях, которые есть даже на стекле. Но и это ещё не всё. Гекконы в движении очень умело перераспределяют вес своего тела.
Подсказкой природы воспользовались инженеры-бионики Стэнфордского университета под руководством Мэтта Гудмана, разработавшие приспособление, с помощью которого можно взбираться по стеклянным поверхностям. Неудивительно, что проект частично финансировался военным агентством DARPA.
Устройство включает в себя закреплённые на кистях рук подушечки с клейким веществом на основе полидимитилоксана – компонента многих природных водоотталкивающих покрытий. По мере прикосновения рук к стеклу клей отделяется от плоскости и человек весом до 100 кг может уверенно подниматься вверх по стеклянной поверхности.
Создатели устройства уверены, что их технология непременно будет востребована, в частности клининговыми компаниями, специализирующимися на мытье окон. Ведь тогда отпадёт надобность в громоздких лестницах и специальных люльках.