ฝ่าเท้าตุ๊กแกไม่มีกาว แต่ทำไมถึงเดินบนกระจกได้แบบไม่น่าเชื่อ

เดินบนกระจกได้ทั้งที่ไม่มีทั้งกาว ไม่มีทั้งตัวดูด

ถ้าเคยเห็นตุ๊กแกวิ่งบนกระจกใสแบบสบายๆ แล้วสงสัยว่ามันเกาะอยู่ได้อย่างไร คำตอบจริงกลับน่าทึ่งกว่าที่หลายคนคิด เพราะสิ่งที่ช่วยให้มันยึดติดกับพื้นผิวไม่ได้เป็นกาวเหนียว และไม่ใช่แรงดูดสุญญากาศอย่างที่เข้าใจกันมานาน แต่เป็นโครงสร้างระดับจิ๋วบนฝ่าเท้าที่ทำงานร่วมกับแรงทางฟิสิกส์ระดับโมเลกุล

เส้นขนเล็กจนแทบมองไม่เห็น

เมื่อส่องฝ่าเท้าตุ๊กแกด้วยกล้องกำลังขยายสูง จะพบว่าพื้นผิวไม่ได้เรียบเลย แต่ปกคลุมไปด้วยเส้นขนขนาดเล็กจำนวนหลายล้านเส้นที่เรียกว่า Setae เส้นขนเหล่านี้ไม่ได้มีไว้เพื่อเพิ่มความนุ่ม แต่ถูกออกแบบตามธรรมชาติให้เพิ่มพื้นที่สัมผัสกับพื้นผิวได้มหาศาล แม้กำแพงหรือกระจกจะดูเรียบสำหรับสายตามนุษย์ แต่ในระดับจุลภาคกลับเต็มไปด้วยร่องและความขรุขระเล็กๆ ซึ่งเส้นขนเหล่านี้สามารถแทรกตัวเข้าไปสัมผัสได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ปลายขนแตกแขนงเหมือนไม้พายจิ๋ว

ความพิเศษยังไม่จบแค่เส้นขน เพราะปลายของแต่ละเส้นยังแตกแขนงออกเป็นแผ่นแบนขนาดนาโนเมตรที่เรียกว่า Spatulae ลักษณะคล้ายไม้พายขนาดเล็กมากจนต้องใช้กล้องอิเล็กตรอนจึงจะเห็นได้ชัด โครงสร้างจำนวนมหาศาลนี้ช่วยเพิ่มพื้นที่สัมผัสระหว่างฝ่าเท้ากับพื้นผิวให้มากที่สุด ยิ่งมีพื้นที่สัมผัสมาก แรงยึดเกาะก็ยิ่งเพิ่มขึ้นตามไปด้วย

แรงยึดเกาะไม่ได้มาจากกาว แต่มาจากแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล

เมื่อ Spatulae จำนวนมหาศาลสัมผัสกับพื้นผิว จะเกิดแรงดึงดูดอ่อนๆ ที่เรียกว่า Van der Waals forces แรงชนิดนี้เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลทุกชนิดตามธรรมชาติ แม้แรงจากจุดสัมผัสเพียงจุดเดียวจะเล็กมาก แต่เมื่อรวมกันเป็นหลายร้อยล้านจุด ก็สร้างแรงยึดเกาะได้มากพอให้ตุ๊กแกสามารถห้อยหัวอยู่บนกระจกหรือเดินกลับหัวใต้เพดานได้อย่างสบาย

แล้วมันปล่อยเท้าออกได้อย่างไร

หลายคนอาจสงสัยว่าถ้ายึดแน่นขนาดนี้ ตุ๊กแกจะยกเท้าออกได้อย่างไร ความลับอยู่ที่มุมของเส้นขนจิ๋วเหล่านี้ เมื่อมันเปลี่ยนองศาของนิ้วเท้า เส้นขนจะค่อยๆ หลุดออกจากพื้นผิวทีละส่วน ทำให้ปล่อยเท้าได้แทบไม่ต้องใช้แรง จึงเดินได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ติดกับพื้นเหมือนการใช้กาวจริง

แรงบันดาลใจสู่นวัตกรรมยุคใหม่

นักวิทยาศาสตร์ศึกษาฝ่าเท้าตุ๊กแกมานานเพื่อพัฒนาวัสดุยึดเกาะแบบไม่ต้องใช้กาว เช่น เทปที่สามารถลอกออกและใช้ซ้ำได้ แขนกลสำหรับหยิบจับวัตถุเปราะบาง รวมถึงอุปกรณ์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมและงานอวกาศ เพราะหลักการเดียวกันนี้สามารถสร้างแรงยึดเกาะได้โดยไม่ทิ้งคราบและไม่ทำลายพื้นผิว

ยิ่งมองลึกลงไปก็ยิ่งเห็นว่าธรรมชาติซ่อนวิศวกรรมอันซับซ้อนไว้ในสิ่งมีชีวิตตัวเล็กๆ อย่างตุ๊กแก ฝ่าเท้าที่ดูธรรมดาจึงเป็นผลงานระดับนาโนที่ใช้ทั้งโครงสร้างทางกายภาพและกฎของฟิสิกส์ร่วมกันอย่างลงตัว จนกลายเป็นหนึ่งในตัวอย่างของการออกแบบจากธรรมชาติที่มนุษย์ยังคงศึกษาและนำไปต่อยอดไม่รู้จบ