07.05.2021

„Czy posprzątamy Kosmos łapą gekona?” – felieton


Skrócona wersja poniższego felietonu autorstwa prof. Ryszarda Tadeusiewicza została opublikowana w Dzienniku Polskim oraz Gazecie Krakowskiej 7.5.2021 r.

Zwykle sam wymyślam tematy moich felietonów, dzisiaj jednak muszę przyznać, że temat podsunął mi prof. Janusz Morbitzer, informatyk (mój dawny student na AGH!) i wybitny specjalista z zakresu pedagogiki medialnej. Przez szereg lat miałem możliwość współpracowania z nim w ramach konferencji „Człowiek – media – edukacja”, którą dawniej organizował przy Uniwersytecie Pedagogicznym w Krakowie, a obecnie w Wyższej Szkole Biznesu w Dąbrowie Górniczej. Profesor Morbitzer ma jednak bardzo szerokie zainteresowania, więc niedawno napisał do mnie:

Gekony to gady o fascynujących właściwościach, przede wszystkim w zakresie techniki kontaktu z podłożem. Mogą one wspinać się po pionowych, całkowicie gładkich ścianach, nie pozostawiając przy tym żadnych śladów. Na zasadzie przenoszenia rozwiązań ze świata przyrody do świata techniki mechanizm wykorzystywany przez gekony znalazł zastosowanie m.in. w robotyce (chwytaki pełniące funkcje dłoni robotów) oraz w technologiach kosmicznych (operowanie delikatnymi materiałami w próżni, przy minimum zużywanej energii). A dla tzw. zwykłego konsumenta są w sprzedaży podkładki antypoślizgowe (często o nazwie Gecko lub podobnej), które służą np. do przytrzymywania różnych przedmiotów, np. telefonu komórkowego - sprawiają wrażenie powierzchni klejących, ale nie mają kleju, więc nie są brudzące czy toksyczne.

Zainteresowałem się tym tematem i stwierdziłem, że rzeczywiście - łapy gekonów nadrzewnych mają spłaszczone palce, które mogą „przyssać” się do dowolnej powierzchni, ponieważ na spodniej części każdego palca znajdują się blaszki skórne pokryte malutkimi (o średnicy 5 mikrometrów) wyrostkami. Są naprawdę małe -  włos człowieka ma średnicę 180 mikrometrów! Tych wyrostków jest bardzo dużo –14 tysięcy na 1 mm2  łapy gekona.

Każdy z wyrostków łączy się z podłożem przy wykorzystaniu sił van der Waalsa, które z natury są niewielkie. Ale wyrostków są ogromne ilości, co powoduje, że cała łapa przylega do powierzchni bardzo mocno i może przenosić całkiem spore siły. Gekon potrafi utrzymać się za pomocą przyczepienia do pionowej powierzchni zaledwie jednego palca!

Ale jak gekon odlepia łapę od podłoża, gdy chce zrobić kolejny krok? Przecież jeśli jest tak mocno przytwierdzona, to trzeba ogromnej siły, żeby ją oderwać?

Otóż nie. Gekon korzysta z tego, że każdy wyrostek z osobna jest przytwierdzony bardzo słabo. Więc odrywa je pojedynczo! Przez przytwierdzoną do podłoża łapę przepływa fala ciśnienia krwi, która odrywa wyrostki kolejno, działając na każdy z nich z niewielką siłą. Ale po chwili oderwana jest cała łapa i można wykonać kolejny krok. Gekon Toke potrafi w ten sposób chodzić bardzo szybko (8 kroków na sekundę). Zbadano, że czas potrzebny mu na przyczepienie łapy do podłoża to 21 ms (milisekund – czyli tysięcznych części sekundy!), a odczepianie trwa 42 ms.

Badania mechanizmów przyczepiania i odczepiania łap gekona od gładkich powierzchni prowadził najintensywniej niemiecki Instytut Nowych Materiałów im. Leibniza (INM). Na podstawie tych badań stworzono i opatentowano technologię Gecomer. Materiał o właściwościach podobnych do skóry łap gekona wykonuje się metodami fotolitograficznymi, podobnymi do tych, jakie stosuje się przy produkcji układów scalonych. Osiągnięto przyczepność powyżej 1 N/cm2.

W 2014 roku na międzynarodowych targach Teach Connect World w Stanach Zjednoczonych po raz pierwszy zaprezentowano też Gecobota – robota wyposażonego w chwytaki zaopatrzone w sztucznie wyprodukowaną „skórę gekona”. Wzbudził on duże zainteresowanie!

Sprawą sztucznej skóry gekona zajęli się wtedy badacze z University of Massachusetts Amherst w USA. Wytworzyli konkurencyjny materiał działający na podobnej zasadzie o nazwie Geckskin, ale przyczepiający się do różnych przedmiotów jeszcze silniej, niż Gecomer!

Urządzenia oparte na naśladowaniu skóry gekona mają już liczne zastosowania, a będą miały jeszcze liczniejsze, bo to naprawdę ciekawe i nowatorskie osiągnięcie mikrotechniki. Szczególnie dużo nadziei wiąże się z faktem, że roboty mające „ręce” pokryte takim tworzywem mogą chwytać różne małe przedmioty także w próżni. Na Ziemi takie chwytaki wyposażone są w przyssawki, działające na zasadzie podciśnienia. W Kosmosie takie przyssawki nie mogą być użyte. Może więc Gecomer lub Geckskin zostanie wykorzystany do zbierania kosmicznych śmieci, których okropnie dużo zgromadziło się już na orbicie wokółziemskiej? Stanowią one coraz większe niebezpieczeństwo dla nowo wprowadzanych na orbitę kosztownych satelitów (na przykład telekomunikacyjnych czy systemu GPS), a także dla załogowych lotów kosmicznych. Każdy, kto oglądał film „Grawitacja” wie o czym mówię. Te szczątki dawnych rakiet i satelitów bywają czasem bardzo małe, więc ich pochwycenie sprawia wielkie trudności, a poruszają się one z prędkością 8 km/s, więc mogą wyrządzić duże szkody. Do niedawna nie było pomysłu, jak je zbierać. Może więc pomoże nam w tym łapa gekona?

 

Wykaz wszystkich publikacji popularnonaukowych prof. Tadeusiewicza wraz z odnośnikami do ich pełnych wersji