腳底板有毛，范德華給力

又是被抽真空，又是被X光輻射，壁虎可真沒少遭罪。轉(zhuǎn)了一圈，注意力又重新回到了壁虎的腳上。早在1872年，就有科學(xué)家用顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)壁虎的腳底板上布滿了細(xì)小的剛毛，并且剛毛的末端似乎是彎曲的，于是人們想到了尼龍粘扣。難不成壁虎的腳底板上長(zhǎng)著維可牢不成？可問(wèn)題是，維可牢也得兩片在一起才能發(fā)揮作用?。恐T如高度拋光的玻璃等光滑的表面并不能阻止壁虎的攀爬，而那里并沒有能供小鉤子鉤掛的突起。

形形色色的壁虎腳趾

由于光學(xué)顯微鏡原理的限制，它的極限分辨率只有0.3微米左右，而壁虎剛毛的直徑已經(jīng)接近了這個(gè)分辨率極限。所以直到上世紀(jì)50年代，更高分辨率的電子顯微鏡的出現(xiàn)，才給人們以研究壁虎神奇攀爬術(shù)的工具。1965年，來(lái)自美國(guó)加州大學(xué)河濱分校的生物學(xué)家瑞寶（Rodolfo Ruibal）把壁虎的腳放在了電子顯微鏡下，他發(fā)現(xiàn)那些看似小鉤子一樣的剛毛末端，實(shí)際上是開叉的，每根剛毛都分成了100-1000根更細(xì)的絨毛，這些絨毛極大的增加了壁虎腳掌的面積，特別是當(dāng)壁虎攀在那些粗糙的物體表面時(shí)，這些絨毛更能填滿那些細(xì)小的坑洼。

說(shuō)到這里，各位可能要回顧一下中學(xué)化學(xué)和物理的內(nèi)容了。因?yàn)榻酉聛?lái)我們要提到一個(gè)概念，這就是范德華力。所謂范德華力，又叫分子間作用力，是一種發(fā)生于分子與分子之間的吸引力，相比讓原子構(gòu)成分子的那些作用力，范德華力很小，生活中我們往往不會(huì)在意到它的存在。但是這個(gè)很小，只是相對(duì)來(lái)說(shuō)的。下面的小實(shí)驗(yàn)可以讓你體會(huì)到范德華力的力量。

找兩本厚一點(diǎn)的書，最好是紙張薄軟一點(diǎn)的，像洗撲克牌一樣把兩本書的書頁(yè)一張壓一張的疊在一起。全部疊完后用手壓一壓，然后分別抓住兩本書的書脊，試試能把它們拉開嗎？把兩本書“粘”在一起的力量，就是范德華力。如果你沒有耐心把兩本書一頁(yè)一頁(yè)的交疊，也可以去買一部新手機(jī)。很多人都特別享受揭開新手機(jī)屏幕保護(hù)膜的那個(gè)瞬間，其實(shí)那層膜就是靠范德華力“粘”在手機(jī)屏幕上的。由于范德華力的作用距離非常小，當(dāng)你揭開保護(hù)膜的一角輕輕拉起，只要膜和屏幕不再緊密接觸，范德華力就失去了作用，這時(shí)那層不管你怎么搓怎么蹭都不會(huì)掉的膜，就輕松脫落了。壁虎的腳趾，使用的正是“揭膜大法”。

壁虎爬墻，疑問(wèn)塵埃落定

壁虎爬墻問(wèn)題的最終解決，一直要等到2000年。這一年，來(lái)自美國(guó)劉易斯克拉克大學(xué)的凱拉奧特姆（Kellar Autumn）小組和加州大學(xué)伯克利分校的羅伯特福（Robert Full）合作發(fā)表了文章，詳細(xì)描述了壁虎腳剛毛的結(jié)構(gòu)，計(jì)算出了壁虎腳的“吸力”大小。這些科學(xué)家選擇了我國(guó)南方和東南亞地區(qū)常見的蛤蚧作為研究對(duì)象。之所以選了它，是因?yàn)楦蝌皇鞘澜缟象w型最大的壁虎，成年體長(zhǎng)近40厘米，重近300克。事實(shí)上蛤蚧幾乎是依靠范德華力飛檐走壁的最重的動(dòng)物。經(jīng)過(guò)測(cè)量，蛤蚧每個(gè)腳掌的面積大約是227平方毫米，共長(zhǎng)著3268800根剛毛，總共可以產(chǎn)生約20牛頓的吸附力，而它的重力只有大概3牛頓。也就是說(shuō)，僅憑一只腳，壁虎也可以牢牢的吸附在天花板上。

同時(shí)，這兩個(gè)小組還解決了兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：

首先，壁虎是怎樣拔腳的？既然它的腳可以產(chǎn)生這么大的吸附力，壁虎又是怎樣做到收放自如的呢？其實(shí)，壁虎是在用揭手機(jī)膜的方法拔腳的。通過(guò)高速攝像機(jī)，科學(xué)家們觀察到壁虎每次拔腳都是從向上卷曲趾尖開始的，相當(dāng)于先揭開一角。從彎曲趾尖到整個(gè)腳脫離平面，只用短短的15毫秒。

壁虎腳趾葉狀結(jié)構(gòu)上，有著數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的剛毛，每根剛毛又都分成100-1000根更細(xì)的絨毛，這些絨毛極大的增加了壁虎腳掌的面積

那么，壁虎腳上的這些剛毛粘了臟東西怎么辦？如前所述，范德華力的作用距離很小，就好像手機(jī)貼膜如果粘了灰塵，就不好使了。壁虎生活的環(huán)境可不是那么干凈，灰塵、花粉顆粒，這些都足以讓壁虎失足，可是也沒見哪只壁虎好端端的從天花板上掉下來(lái)。經(jīng)過(guò)研究，壁虎的剛毛不但擁有像荷葉一樣的“超疏水性”，任何水滴都會(huì)從它的表面滑落下來(lái)順便帶走灰塵；而且它剛毛上的絨毛尺寸比灰塵小得多，以至于這些絨毛對(duì)灰塵的吸附力不及灰塵與墻面的吸附力，這是真正的踏雪無(wú)痕。

壁虎手套？這個(gè)真沒問(wèn)題

有了這么好的研究，那些工科男肯定不會(huì)干坐著。別的不說(shuō)，哪怕是用這種技術(shù)改造一下足球守門員的手套——那些著名的“黃油手”門將肯定得排隊(duì)去買。

2001年，美俄兩國(guó)科學(xué)家共同開始研發(fā)“壁虎膠帶”，這是膠帶史上的一次革命，因?yàn)檫@種膠帶是真正的“不濕膠”膠帶，也就是所謂的干性粘接。2003年，成品問(wèn)世，這是一種甚至動(dòng)用了可以操縱單顆原子運(yùn)動(dòng)的原子力顯微鏡在內(nèi)的各種精密儀器生產(chǎn)出來(lái)的膠帶。半個(gè)指甲蓋那么大一點(diǎn)就可以把一只蜘蛛俠玩偶粘在天花板上。但是，與壁虎相比，它的粘性還太低，壽命也太短。更關(guān)鍵的是，這玩意兒奇貴無(wú)比，經(jīng)過(guò)計(jì)算，制造能粘住一個(gè)人重量的壁虎膠帶，需要花費(fèi)100萬(wàn)美金。

2005年，美國(guó)的一組科學(xué)家用碳納米管模擬了壁虎剛毛的結(jié)構(gòu)，這種碳納米管膠帶的粘性甚至大于天然的壁虎腳。問(wèn)題依然是，材料過(guò)于脆弱，幾乎無(wú)法重復(fù)使用，并且還是太貴。

不過(guò)沒關(guān)系，電子計(jì)算機(jī)剛問(wèn)世的時(shí)候還又貴又不好用呢。雖然仿生壁虎腳還面臨很多難題，科學(xué)家們已經(jīng)為它描繪了美妙的未來(lái)。手術(shù)切口？粘一條！輪胎打滑？粘一條！爬墻機(jī)器人？一個(gè)腳上粘一條！以后再也不用擔(dān)心不干膠貼紙撕不干凈難清理了。

至于壁虎手套，那自然是沒有問(wèn)題。而且，真正的壁虎手套比阿湯哥那雙要高檔得多，因?yàn)楦尚哉辰颖旧頍o(wú)需能源，因此沒電失效這種事是不會(huì)發(fā)生的。但是真正造出來(lái)的壁虎手套可能沒阿湯哥那雙那么拉風(fēng)，或者說(shuō)過(guò)于拉風(fēng)了。前面我們說(shuō)了，蛤蚧幾乎是用范德華力爬墻的最重的動(dòng)物。而壁虎手套產(chǎn)生的粘性與手套的面積成正比，而它需要克服的重力則與物體的體積成正比。拿人與蛤蚧相比，人手掌的面積大約是蛤蚧前腳掌面積的70倍，而體重則是蛤蚧的200多倍。還要考慮到人的腳沒有蛤蚧腳靈活，不太好布置一副腳套。因此人的“壁虎手套”面積應(yīng)該比手掌大五六倍才能如蛤蚧般牢靠。

事實(shí)上，在現(xiàn)實(shí)生活中已經(jīng)有地球人利用壁虎手套爬墻了。2008年，業(yè)余攀巖愛好者沃林斯基小姐（Lynn Verinsky）用羅伯特福教授設(shè)計(jì)的“壁虎手套”——實(shí)際上是“壁虎板子”成功爬了一段垂直的墻壁。當(dāng)然，絕對(duì)沒有阿湯哥在哈利法塔外墻上那般瀟灑。