怎么像蜘蛛侠相同飞檐走壁

假如咱们能像蜘蛛侠相同飞檐走壁，或是用四肢在天花板上行走，或许还挺酷？

苍蝇和蜘蛛能在彻底润滑的笔直墙面上攀爬，乃至能在天花板上自由地匍匐。直观地说，它们是用小爪子勾住了墙面，而该办法卓有成效的重要原因就在于它们很轻。可是，有一种重得多的脊椎动物相同能做到这一点，那就是壁虎（体长可达35厘米，重400克）。

它是怎么做到的呢？

风趣的是，它或多或少运用了与蜘蛛相同乃至更为精妙的技巧。

假如咱们也想飞檐走壁，那就需求具体研讨其间的原理。

壁虎的脚底有一道道的凹槽，就像徒步鞋的鞋底相同，

不过这些凹槽并非连成一片的橡胶块，更像是由很多细小的毛制成的“刷子”：这些是所谓的“刚毛”，直径仅为人头发的四分之一，而它们的结尾是由数千根纳米纤维簇构成的，单体直径不过百万分之一毫米，只比DNA分子稍大。

或许你会说：“我从前也用过刷墙的刷子，但一甩手就会掉下来。所以，并不是有毛的东西就一定能粘在墙上。”

无需胶水就能黏合

没错！这叫做干黏合（没有胶水或黏稠液体）。

假如你觉得这种现象与直觉相悖，那是由于咱们一般运用的刷子上的毛没有壁虎刚毛那么细。这一疑团的关键在于范德瓦耳斯力——因荷兰物理学家约翰尼斯·范德瓦耳斯（Johannes Van der Waals）发现而得名。

Johannes Van der Waals

在此之前，他是一个简直不为人知的天才。由于在19世纪的荷兰，人们只能用拉丁语进行论文答辩。在阅历了绵长的制度改革后，他总算在36岁时向世人展现了他的效果！

约翰尼斯·范德瓦耳斯的发现是，为了解说气体和液体的行为（以及从一种状况到另一种状况改变的方法），咱们一定要供认一切构成物质的原子或分子之间间隔十分短，且相互之间存在吸引力。

因而，它们之间存在细微的黏性——该现象背面的机制很晚才被发现。

间隔的问题

奇怪的是，当把食指摁在墙上时，你可以毫不费力地移开，并没有黏黏的感觉。那手指与墙面原子之间的范德瓦耳斯力去哪了呢？毫无疑问，它肯定是存在的，但却十分弱小，由于食指并没有真实触碰到墙面。

你的食指仅仅放在了不规则墙面外表（物体外表不或许彻底平坦）的顶部，手指顶端大部分的分子都离墙体太远，构成的吸引力底子何足挂齿。请记住：只要十分十分近的间隔才干发生满足大的吸引力。

壁虎脚底的纳米纤维尽管不规则，但它们更挨近墙面外表。

所以，很多的纤维发生明显的吸引力，每一根刚毛结尾的纤维簇与墙面之间都能发生相当于一粒沙子分量的吸引力。而由于壁虎脚底稀有百万根刚毛，所以构成的合力十分大。

实验室测验标明，关于简直一切品种的壁虎来说，当它们黏在墙上时，每平方厘米的刚毛能发生满足反抗1千克重力的摩擦阻力。

也就是说，凭借着1平方厘米的“黏性”脚掌（简直是咱们能找到的最大的壁虎脚了），重为1千克的壁虎就可以安定地在建筑物立面上移动。而实际上，已知最大的壁虎也不到500克重！

尽管吸引力很小，但再算上纳米纤维的数量，其构成的合力就会很大：拉动一切刚毛会遇到相当大的阻力（3） 。重力将刚毛向下拉，但纳米纤维歪斜在外表上，使更多的原子参加发生吸引力，增大了阻力（4） 。为了使脚掌与墙面别离，壁虎会进行“剥离”的动作，一次仅别离一根刚毛（5） 。

那关于人来说呢？10个指尖（仅仅前面柔软的部分）的面积大约有30平方厘米，再加上脚趾（行走时与地上触摸的部分）的90平方厘米，总的来说，能使用的“黏性”外表积有120平方厘米，足以承载120千克的分量，约是一般成年男性体重的1.5倍。

幻想咱们在手上和脚上都长出了刚毛，那咱们就可以像蜘蛛侠相同飞檐走壁了！有些人听了或许会皱眉头质疑，由于他们在媒体上看到的一系列文章，都声称“蜘蛛侠永久都不或许存在”。

科学自相对立？

这些媒体的报导都依据美国科学促进会发布的一项十分谨慎的研讨，因而大多数人都一挥而就地信任了该观念。

接下来，你会看到美国研讨人员的定论既彻底正确也彻底过错。

科学家丈量了从蜘蛛、壁虎到各种苍蝇的黏性纳米纤维外表，找到了遍及的规则：动物的体型越大，黏性外表就越大。具体来说，黏性外表积随体重以1.02为指数增加（假如体重翻倍，则黏性面积增加到本来的21.02 = 2.03倍）。

他们揣度，关于一个体重80千克的人来说，要有简直一半的身体都被黏性毛发掩盖才干支撑其飞檐走壁！这似乎是有道理的：动物越重，那么支撑其体重所需的黏性外表积就应越大。

不过，这与上述的成果（即只需凭借手和脚上的毛发，咱们该就可以攀爬墙面了）相对立。怎么回事？核算分明是正确的啊。那当人攀岩的时分，又是什么在支撑身体的分量呢？

答案是皮肤。幻想一下，你被挂在天花板上，身体像滚球相同撑破纸袋一般的皮肤……但事实上，你不会被活剥。

依据丈量剥兔皮所需拉力的农业科学文章，人的体重足以将手指和脚上的皮肤撕下来。

其实，动物的黏性外表随体重增加，并不是由于需求更多外表积来支撑它们的分量，而是由于重力有必要被充沛分配在外保护层（脊椎动物的皮肤或昆虫的外壳）上，以保证皮肤不会被撕裂。

对咱们来说，已然无法在皮肤上长出天然的刚毛，那能不能穿上一件带有纳米刚毛的靴子和手套的蜘蛛侠套装呢？

壁虎的刚毛

假如你穿了一件一般的尼龙套装，那你毕竟或许摔得四脚朝天，但靴子和手套还黏在高高的天花板上，衣服被拉伸得很长。

可是，假如你穿上更结实的碳纤维套装……你就真的能黏在天花板上了。而现在的多种组成干黏合剂——形同胶带，比壁虎脚的黏性还高三倍——也能发挥很好的效果！

攀爬者手中的吸盘是由美国研讨人员创造的，它稀有以百万计的细小纤维，就像壁虎的刚毛相同，黏附在玻璃墙上。为安全起见，该男人佩戴了安全绳，但其实他仅靠吸盘来支撑着本身的分量（他脚下的踏板也挂在吸盘上）。

定论：本文提出的问题毕竟仅仅一个“假定”，尽管听上去有些愚笨，但这个假定没准还真能完成。至少我有好好思考过。

撰文 René Cuillierier

编译 周玉府