발 앞의 접착 성 모발베이스 (즉, 줄기 아래 부분)의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지. (A) 왼쪽에는 외골격에 가장 가까운 끈적 끈적한 필라멘트 모간이 있습니다. 삽입하면 모간이 얇아지고 외골격의 플러그 모양 구조와 만나고 접착됩니다. (b) 같은 영역의 추가 확대 : 별표는 머리카락이 위쪽으로 구부러 질 수있는 초점을 나타냅니다. 여기서 원위 대 근위는 줄기 끝의 발톱 반대쪽에서 멀어지는 것을 의미합니다. 출처 : B Poerschke, S.N. Gorb 및 F Schaber
엔지니어들은 거미 다리 털의 뛰어난 기능적 다양성에 감탄했습니다.
거미는 어떻게 똑바로 걷거나 다른 유형의 표면을 거꾸로 가로 질러 걸 을까요? 이 질문에 대한 답은 강력하지만 가역적이며 생체에서 영감을받은 접착제를 만들 수있는 새로운 기회를 열 수 있습니다. 과학자들은 지난 수십 년 동안 거미발을 더 잘 이해하기 위해 노력해 왔습니다. 자, 새로운 연구 기계 공학의 개척자 그는 한 종의 끈적 끈적한 다리를 구성하는 머리카락 모양의 구조 인 방황하는 거미의 특성을 처음으로 보여주었습니다. 코 페니 우스 샐리 이전에 생각했던 것보다 더 다양합니다.
끈적 끈적한 모발 ( ‘setae’)의 미세 구조에 대한 SEM 이미지. (a) 최대 1.8 mm 길이의 모간 (전체 길이로 표시되지 않음)과 ‘미세 증'(적절한 모발에 미세한 모발과 같은 구조)로 덮인 끝 부분을 보여주는 측면도. (b) 미숙아의 밑면에있는 ‘scopola pad'(두꺼운 털 다발)의 평면도. 팁 부분은 걸을 때 기질에 달라 붙는 숟가락 모양의 미세한 털로 덮여 있습니다. (C) 숟가락 모양의 마이크로 헤어 슬라이스의 고배율 이미지. 크레딧 : B Poerschke, S.N. Gorb 및 F Schaber
독일 Kiel 대학의 연구 그룹 책임자 인 Clemens Schaper 박사는 “실험을 시작했을 때 모든 개별 부착 필라멘트에 대해 최상의 접착력과 유사한 접착 특성을 찾을 수있을 것으로 기대했습니다.”라고 말합니다. “그러나 놀랍게도 접착력은 개별 모발간에 크게 달랐습니다. 예를 들어, 한 모발은 기질에 낮은 각도에서 더 잘 접착되고 다른 모발은 거의 수직에 가깝게 더 잘 접착됩니다.
이 거미 종의 발은 약 2,400 개의 작은 털 또는 “털”(1/100 밀리미터)로 구성됩니다. Schaper와 동료 인 Bastian Borschke와 Stanislav Sock은 이러한 강모의 샘플을 수집 한 다음 유리를 포함하여 거칠고 매끄러운 표면에 얼마나 잘 부착되는지 측정했습니다. 그들은 또한 다른 접촉 각도에서 머리카락이 얼마나 잘 작동하는지 조사했습니다.
서로 다른 모발 유형이 함께 작동합니다.
예기치 않게 각 모발은 독특한 접착 특성을 나타 냈습니다. 팀이 강력한 현미경으로 머리카락을 살펴 보았을 때 각 머리카락이 이전에는 인식 할 수 없었던 골격 배열이 다르다는 것을 발견했습니다. 팀은 이러한 다양성이 거미가 여러 유형의 표면을 오르는 방법의 핵심 일 수 있다고 믿습니다.
이 현재의 연구는 각 발에있는 수천 개의 머리카락 중 소수만 조사했으며 모두 연구하는 데 사용할 수있는 자원의 범위를 벗어났습니다. 그러나 팀은 모든 머리카락이 고유하지는 않으며 대신 반복되는 그룹이나 패턴을 찾는 것이 가능할 것으로 예상합니다.
생물에서 영감을받은 응용 프로그램이 가능합니다.
“거미에있는 것과 같은 나노 구조는 여전히 제작하기가 매우 어렵지만-특히 천연 재료의 안정성과 신뢰성을 위해-우리의 발견은 가역적이고 잔류 물이없는 합성 접착제의 기존 모델을 더욱 향상시킬 수 있습니다.”라고 Schaper는 말합니다. “거미 결합 시스템에서 발견되는 다양한 모양과 접착 접점의 정렬 원리는 생물학적으로 영감을받은 재료의 다양한 특성을 가진 다양한 기질에 대한 부착 능력을 향상시킬 수 있습니다.”
(a) 미숙아의 발톱 주위에있는 모발 가닥의 아래쪽을 향하는 표면 (흰색 별표는 모발 가닥의 두 엽을 나타냄)으로, 수천 개의 촘촘한 칫솔모로 구성됩니다. 화살표는 발톱을 나타냅니다. (B) 유리 슬라이드에 부착 된 다발에 모발 다발의 측면도. (C) 두 번째 패널에서 사각형의 확대보기. 머리카락 끝이 어떻게 구부러져 있는지 확인하십시오. 출처 : B Poerschke, S.N. Gorb 및 F Schaber
참조 : “거미 Copnius 샐리의 단일 팔꿈치 그룹을 서로 다른 거칠기와 서로 다른 표면 에너지의 기판에 접착”작성자 : Bastian Borschke, Stanislav N. Gorb 및 Clemens F. Schapir, 2021 년 6 월 11 일, 여기에서 사용 가능. 기계 공학의 개척자.
DOI : 10.3389 / fmech.2021.702297
