Immagine al microscopio elettronico a scansione (SEM) delle basi del pretarso (cioè, sulla parte inferiore della gamba) peli adesivi. (A) A sinistra ci sono i fusti dei capelli dei peli adesivi più vicini all'esoscheletro. Al loro inserimento, il fusto del capello diventa più sottile e una struttura simile a un tappo sull'esoscheletro si incontra e si attacca ad esso. (b) Ulteriore ingrandimento della stessa regione:l'asterisco indica il punto di rotazione in cui i peli possono piegarsi verso l'alto. Distale vs prossimale qui significa lontano da vs verso l'artiglio sulla punta della gamba. Credito:B Poerschke, SN Gorb e F Schaber
Come fanno i ragni a camminare dritti e persino capovolti su così tanti diversi tipi di superfici? Rispondere a questa domanda potrebbe aprire nuove opportunità per creare potenti, eppure reversibile, adesivi bioispirati. Gli scienziati hanno lavorato per capire meglio le zampe di ragno negli ultimi decenni. Ora, un nuovo studio in Frontiere nell'ingegneria meccanica è il primo a mostrare che le caratteristiche delle strutture simili a peli che formano i piedi adesivi di una specie, il ragno errante Cupiennius salei -sono più variabili di quanto si pensasse in precedenza.
"Quando abbiamo iniziato gli esperimenti, ci aspettavamo di trovare un angolo specifico di migliore adesione e proprietà adesive simili per tutti i singoli peli di attacco, "dice il capogruppo dello studio, Dr. Clemens Schaber dell'Università di Kiel in Germania. "Ma sorprendentemente, le forze di adesione differivano ampiamente tra i singoli peli, per esempio. un capello ha aderito meglio ad un angolo basso con il substrato mentre l'altro ha funzionato meglio vicino alla perpendicolare."
I piedi di questa specie di ragno sono composti da quasi 2, 400 minuscoli peli o "setae" (spessore un centesimo di millimetro). Schaber, e i suoi colleghi Bastian Poerschke e Stanislav Gorb, raccolto un campione di questi peli e poi misurato quanto bene si attaccavano a una gamma di superfici ruvide e lisce, compreso il vetro. Hanno anche guardato come i capelli si sono comportati bene a vari angoli di contatto.
Diversi tipi di capelli lavorano insieme
inaspettatamente, ogni capello ha mostrato proprietà adesive uniche. Quando il team ha esaminato i peli sotto un potente microscopio, hanno anche scoperto che ognuno mostrava disposizioni strutturali chiaramente diverse e precedentemente non riconosciute. Il team ritiene che questa varietà possa essere la chiave del modo in cui i ragni possono arrampicarsi su così tanti tipi di superficie.
Immagini SEM della microstruttura dei peli adesivi ("setae"). (A) Vista laterale che mostra il fusto del capello lungo fino a 1,8 mm (non mostrato in tutta la sua lunghezza) e la regione della punta ricoperta di "microtrichia" (minuscole strutture simili a capelli sui capelli). (B) Vista dall'alto della "scopula pad" (un denso ciuffo di peli) sul lato inferiore del pretarso. Coprendo la regione della punta dei peli ci sono microtrichi a forma di spatola, che si attaccano al substrato durante la deambulazione. (C) Immagine a maggiore ingrandimento della microtrichia a forma di spatola. Credito:B Poerschke, SN Gorb e F Schaber
Questo lavoro attuale ha studiato solo un piccolo numero delle migliaia di peli su ogni piede, ed è oltre la portata delle risorse esistenti considerare di studiarle tutte. Ma il team si aspetta che non tutti i capelli siano unici, e che potrebbe essere invece possibile trovare cluster o schemi ripetuti.
(A) Superficie rivolta verso il basso del ciuffo di peli intorno agli artigli sul pretarso (asterischi bianchi contrassegnano i due lobi del ciuffo di capelli), che consiste di migliaia di capelli densamente impacchettati. Le frecce indicano i due artigli. (B) Vista laterale del ciuffo di capelli sul pretarso attaccato a un vetrino. (C) Vista ingrandita del rettangolo nel secondo pannello. Nota come le punte dei peli si sono piegate. Credito:B Poerschke, SN Gorb e F Schaber
Possibili applicazioni bio-ispirate
"Sebbene sia ancora molto difficile fabbricare nanostrutture come quelle del ragno, e soprattutto per ottenere la stabilità e l'affidabilità dei materiali naturali, i nostri risultati possono ottimizzare ulteriormente i modelli esistenti per adesivi artificiali reversibili e privi di residui, " afferma Schaber. "Il principio delle diverse forme e allineamenti dei contatti adesivi come si trova nel sistema di fissaggio del ragno può migliorare la capacità di fissaggio dei materiali bioispirati a un'ampia gamma di substrati con proprietà diverse".
