gerelateerde inhoud
- Wetenschappers kunnen dit op gekko geïnspireerde grijpapparaat in- of uitschakelen met een flits
Een knappe gekko van Tokyo. Foto: Ethan Knapp en Alyssa Stark
Iedereen die in een tropisch land woont of heeft bezocht, is waarschijnlijk bekend met het chippergeluid van de gekko. Deze vriendelijke kleine hagedissen bewonen huizen en oerwouden die zich uitstrekken van Indonesië tot Tanzania tot de Dominicaanse Republiek. Ze komen na zonsondergang tevoorschijn, profiteren van hun nachtzichtzicht - dat 350 keer krachtiger is dan dat van een mens - en zijn graag geziene gasten in huizen en hotels omdat ze muggen en andere insectenplagen opslokken.
Naast de lokale bevolking zijn wetenschappers ook dol op deze kleurrijke hagedissen. Gekko's bezitten het unieke vermogen van hagedissen om platte muren op te lopen en over plafonds te rennen, zelfs als het oppervlak erg glad is. Onderzoekers puzzelen al jaren over dit vermogen en tientallen laboratoria hebben gekko-adhesie getest in de hoop deze superkracht te benutten voor potentieel gebruik in alles, van robotica tot ruimtetechnologie tot medicijnen tot "gekko-tape".
Gekko tenen, zo blijkt, bevatten haarachtige structuren die een multicontactinterface vormen, wat betekent dat gekko grip met duizenden kleine zelfklevende structuren in plaats van wat lijkt op een enkele uniforme voet.
Er blijven echter lacunes bestaan in het begrip van onderzoekers van de manier waarop gekkopoten omgaan met oppervlakken in hun natuurlijke omgeving, vooral in droge versus natte omstandigheden. Wetenschappers weten dat gekko-teenpads superhydrofoob zijn of waterafstotend, maar gekko's verliezen hun vermogen om aan glas vast te houden als het nat wordt. Waarom stoten ze het water niet gewoon af en houden ze zich vast aan het glazen oppervlak eronder? Evenzo vragen wetenschappers zich af hoe gekko's omgaan met natte bladeren in het bos tijdens regenstormen.
Een nieuw artikel gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences onderzoekt deze mysteries. De auteurs besloten de gekko-grip te testen op een reeks natte en droge materialen die zowel water aantrekken als afstoten. Om hun experimenten uit te voeren, rustten ze zes tokay-gekko's uit met harnassen ter grootte van een gekko. Ze plaatsten de gekko's op vier verschillende soorten materialen, zoals glas, plastic en een stof die is ontworpen om wasachtige tropische bladeren na te bootsen. Nadat ze de hagedissen de tijd hadden gegeven om zich aan te passen aan hun nieuwe omgeving, oefenden de onderzoekers een uniforme trekkracht uit op de harnassen van de gekko's en trokken ze in de tegenovergestelde richting van waar de dieren liepen. Uiteindelijk konden de gekko's zich niet langer vasthouden en verloren ze hun grip. Hierdoor kon het team de kleefkracht meten die nodig is om de dieren te verplaatsen. Ze herhaalden dezelfde experimenten ook onder zeer natte omstandigheden.
De auteurs ontdekten dat materialen die "bevochtigbaarder" zijn - een indicatie van de mate waarin een oppervlak watermoleculen aantrekt - minder kracht kostten om de klemmen van de vastgekko te verstoren. Glas had de hoogste bevochtigbaarheid van de oppervlakken die de onderzoekers testten, en gekko's gleden gemakkelijk van nat glas in vergelijking met droog glas. Wanneer dat materiaal nat wordt, vormt water een dunne, aantrekkelijke film die voorkomt dat de kleine teenharen van de gekko in contact komen met het oppervlak.
De lage bevochtigbaarheidseigenschappen van wasachtige bladeren zorgen er daarentegen voor dat gekko's een stevige grip hebben, zelfs bij regenstormen, omdat bladeren water afstoten. Gekko's presteerden even goed in natte en droge omstandigheden op het bladnabootsende oppervlak, vonden de onderzoekers.
Hoe de gekko's omgaan met oppervlakken hangt af van een thermodynamische hechtingstheorie, concluderen de auteurs. Deze kenmerken worden bepaald door de kracht van Van der Waals, of de som van aantrekkelijke en afstotende interacties tussen gekko-tenen en de kenmerken van de oppervlakken waarmee ze in contact komen. Zolang die aantrekkelijke krachten zich voordoen, hebben gekko's het geluk grip te krijgen op het oppervlak waarmee ze in contact komen, ongeacht of het nat of droog is.
Gebruikmakend van onze hechtresultaten voor hele dieren, hebben we ontdekt dat natte oppervlakken die zelfs zwak zijn, ervoor zorgen dat het gekko-kleefsysteem ook functioneel blijft voor vastklampen en waarschijnlijk voortbeweging.
Onze bevindingen suggereren een veelzijdigheid in het gekko-lijmsysteem waar voorheen geen rekening mee werd gehouden en stelt interessante evolutionaire, ecologische en gedragsvoorspellingen in twijfel.
Naast het belichten van hoe gecko-aanpassingen de hagedissen helpen om te gaan met hun natuurlijke omgeving, denken de auteurs dat hun bevindingen kunnen bijdragen aan het ontwerpen van nieuwe synthetische gekko-robots die de natte glazen achilleshiel van gekko's kunnen overwinnen, misschien handig voor het reinigen van wolkenkrabber ramen, bespioneren van vermoedelijke terroristen, of eenvoudig een moeilijk bereikbare gloeilamp vervangen.
