飛檐走壁的小小壁虎帶給我們功能多多的微型機械手

材料牛注：壁虎腳掌的自清潔功能使仿生學發展的步伐更進一步，科學家根據該機制研制出顯微機械手，在防污表面、納米裝配等領域有著廣泛的應用前景。

眾所周知，壁虎可以自由穿梭，無論表面是光滑還是粗糙，干凈還是骯臟，垂直還是旋轉，它們都可以行走自如。科學家們一直對壁虎的這項超能力有著極大的興趣。近期一個來自美國和中國的研究隊伍已經解開了壁虎腳掌的神秘面紗，并開發出了具有類似能力的微型機械手。

壁虎有如此非凡的爬行能力，能抓住任何潮濕的或者干燥的表面，全靠他們富有粘性的雙腳。當然，壁虎的雙腳除了具有粘性外，還不會被污物弄臟。這種自清潔的能力要歸功于壁虎腳掌上的一種特殊結構，它們的腳趾上長有直徑為4微米，長為140微米的剛毛，這些剛毛分叉形成大量的納米尺度的微細纖毛，尺寸有10納米厚，200納米寬，300納米長。這些釘子狀的由角蛋白質所制成微細纖毛，它們協調一致產生范德華力，總計能夠產生的粘合力可以達到15納牛，足夠支撐起壁虎的體重。

北德克薩斯州大學材料科學與工程學院的教授甄海霞表示：“但是壁虎的腳掌是怎樣做到在具有粘性的同時又能保持干凈清潔仍然是個謎。盡管壁虎的自清潔能力可能是依賴于它的腳趾的特殊結構，其腳趾有數百萬個剛毛組成，我們發現壁虎的這個獨一無二的特性要歸因于它們的動力學行為。

通過在原子力顯微鏡下模擬每一個單獨的微細纖毛怎么運動，研究人員發現：當壁虎向前運動時它們的腳從某個表面上高速地抬起，此時污物顆粒很容易脫落。在這種高速運動下，壁虎伸展它們的腳足夠去除附著在剛毛上的任何污物顆粒。

甄海霞教授說：“壁虎腳掌上的剛毛和微細纖毛的這種獨特的運動行為，為實用型自清潔系統提供了關鍵的設計原則。”

和來自于中國石油大學（北京）、清華大學、西北工業大學、丹佛大學、阿克倫大學、美國凱斯西儲大學的同事們合作，甄海霞教授創造了一個可以模仿壁虎的獨特性能的顯微機械手。這些人工剛毛由直徑為10微米的聚酯纖維所制成。微微皺起的5納米厚的多層石墨片被粘貼在150微米長的剛毛末端用來模仿壁虎的微細纖毛。這個顯微機械手能夠從各種各樣襯底上撿起微球，移動并且釋放，或者是裝配任何地方需要的顆粒只是簡單地通過變化完成的速度。

甄海霞還說：“這個仿生微型機械手可以替代傳統的用于操作的設備，例如芯片。還有這個技術能夠被拓展去制造可重復使用的磁帶。”

一般來說，更好的理解壁虎的自清潔機制有著重大意義，影響從防污表面到醫學以及微機電系統器件等許多仿生學的發展。

在俄勒岡州波蘭特市的劉易斯克拉克學院的教授凱拉稱：“研究人員的這個新發現，將自潔凈作用和速率依賴性的影響相結合，揭示出了自清潔作用的真正機制。而且，該研究機制可以使人工合成壁虎剛毛用于納米裝配領域。”

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感謝材料人編輯部楊洪期提供素材