CƠ CHẾ LỰC BÁM VAN DER WAALS Ở GEKKONIDAE

Cơ chế lực bám Van der Waals ở Gekkonidae – Chân của tắc kè bám được trên tường, kể cả bề mặt kính thẳng đứng hay trần nhà lộn ngược, không nhờ chất dính, không hút chân không, và cũng không phải móc cơ học – mà nhờ một cơ chế vật lý ở cấp độ phân tử gọi là lực Van der Waals.
Không có bề mặt nào phẳng tuyệt đối
Một bề mặt dù trông “nhẵn bóng” bằng mắt thường (kính, sứ, kim loại đánh bóng…). Nhưngì ở cấp độ nguyên tử/phân tử vẫn luôn tồn tại vô số gồ ghề, lồi lõm siêu nhỏ. Đây chính là trở ngại lớn, lực Van der Waals – lực hút giữa các phân tử – chỉ phát huy tác dụng khi khoảng cách giữa hai phân tử cực kỳ nhỏ (cỡ vài nanomet) và giảm rất nhanh nếu khoảng cách xa hơn một chút. Nếu chân tắc kè chỉ là một lớp da phẳng thông thường, nó sẽ không thể áp đủ sát vào tất cả các điểm gồ ghề đó để tạo ra lực hút.
Giải mã tiến hóa tạo ra cấu trúc phân nhánh siêu nhỏ
Để “len” được vào từng gồ ghề vi mô của bề mặt, bàn chân tắc kè phát triển một cấu trúc nhiều tầng, càng chia nhỏ thì càng mềm dẻo.
Cơ chế chính (lực Van der Waals)
Dưới mỗi ngón chân tắc kè có hàng triệu sợi lông siêu nhỏ gọi là setae (khoảng 500.000 sợi/bàn chân). Mỗi sợi setae lại phân nhánh thành hàng trăm đến hàng nghìn đầu mút cực nhỏ gọi là spatulae, đường kính chỉ vài trăm nanomet – nhỏ hơn cả bước sóng ánh sáng.
Khi các spatulae này tiếp xúc rất gần với bề mặt (dù bề mặt nhẵn như kính), các phân tử ở đầu spatulae và phân tử trên bề mặt hút nhau bằng lực Van der Waals – một lực hút yếu giữa các phân tử, xảy ra khi khoảng cách giữa chúng cực nhỏ. Vì số lượng spatulae quá lớn (hàng tỷ đầu mút trên cả 4 bàn chân), tổng lực hút cộng dồn lại đủ mạnh để giữ toàn bộ cơ thể tắc kè bám chặt vào tường, thậm chí lên kính thẳng đứng hoặc trần nhà lộn ngược.
Vì sao đây là cơ chế “thông minh”
Không cần chất dính: Giúp chân không bị dính bẩn, không mất tác dụng sau nhiều lần dùng (khác với băng dính thông thường sẽ giảm độ bám sau vài lần dùng).
Bám và nhả rất nhanh: Tắc kè có thể thay đổi góc đặt chân để “kích hoạt” hoặc “tắt” lực bám gần như tức thì – đây là lý do chúng di chuyển được rất nhanh mà không bị “dính chặt” mất kiểm soát.
Hoạt động trên hầu hết mọi bề mặt: Kể cả bề mặt nhẵn bóng như thủy tinh, vì spatulae siêu nhỏ, siêu mềm dẻo có thể tự uốn theo từng gồ ghề ở cấp độ phân tử của bất kỳ bề mặt nào. Nhờ vào lực Van der Waals, chân tắc kè không phụ thuộc vào độ nhám như chân móc cơ học ở côn trùng và các loài thằn lằn chân ngón.