ตุ๊กแกเกาะผนังเรียบได้ยังไง ทั้งที่ไม่ได้ใช้แรงดูด?

* รูปภาพใช้เพื่อประกอบเนื้อหาเท่านั้น อาจไม่ใช่ภาพเหตุการณ์จริงหรือภาพจริงจากเรื่องในบทความ

ถ้าเห็นตุ๊กแกไต่กระจกหรือเกาะเพดานแล้วสงสัยว่ามันไม่ร่วงได้อย่างไร คำตอบอยู่ใต้ฝ่าเท้า: ตุ๊กแกเกาะผนังเรียบได้ด้วยโครงสร้างคล้ายขนจิ๋วใต้แผ่นรองนิ้ว ซึ่งสร้างแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลเมื่อแนบกับพื้นผิว มันไม่ได้ใช้ถ้วยดูดหรือกาวเหนียวติดผนัง

ตุ๊กแกโทเคย์ (Gekko gecko) ที่นักวิจัยศึกษา มีแผ่นรองนิ้วซึ่งประกอบด้วยเส้นขนขนาดเล็กจำนวนมหาศาล งานในวารสาร Journal of Experimental Biology อธิบายว่าแผ่นรองนิ้วมีเส้นขนจิ๋วนับแสนเส้น และเส้นขนแต่ละเส้นแตกปลายออกเป็นแผ่นสัมผัสระดับนาโนจำนวนมาก ปลายแผ่นเหล่านี้กว้างราว 200 นาโนเมตร หรือเล็กกว่าหนึ่งในพันของมิลลิเมตร

เมื่อเท้าแตะกระจก เส้นขนจะเอนตามทิศทางที่นิ้วกดและลาก ทำให้ปลายแผ่นสัมผัสแนบกับผิวได้มากขึ้น หนึ่งในแรงที่ช่วยอธิบายการเกาะคือ แรงแวนเดอร์วาลส์ ซึ่งเป็นแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลเมื่อพื้นผิวอยู่ชิดกันมาก จุดสัมผัสเล็ก ๆ จุดเดียวให้แรงไม่มาก แต่ปลายนิ้วมีจุดสัมผัสจำนวนมหาศาล จึงช่วยพยุงตัวตุ๊กแกได้

งานทดลองของ Proceedings of the National Academy of Sciences ปี 2002 เปรียบเทียบนิ้วตุ๊กแกโทเคย์และเส้นขนเดี่ยวบนวัสดุหลายชนิด รวมทั้งพื้นผิวที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ ในชุดวัสดุที่นักวิจัยทดสอบ แรงแวนเดอร์วาลส์อธิบายผลการเกาะได้ ส่วนฟิล์มน้ำบาง ๆ ไม่ใช่คำอธิบายหลักของผลทดลองชุดนั้น ข้อสรุปนี้จึงไม่ควรเหมารวมไปถึงทุกพื้นผิว

ทิศทางของนิ้วก็มีผล งานทดลองปี 2006 พบว่าแผงเส้นขนเกาะได้เมื่อถูกลากไปตามแนวโค้งตามธรรมชาติ แต่ไม่ยึดแบบเดียวกันเมื่อถูกลากสวนแนวขน แรงเสียดทานตามทิศทางจึงช่วยรับแรงเกาะของเท้า เมื่อตุ๊กแกก้าวต่อ มันปรับท่าของนิ้วให้เส้นขนคลายจากพื้นผิว งานเดียวกันวัดทั้งเส้นขนเดี่ยวและนิ้วของตุ๊กแกมีชีวิต จึงศึกษาการยึดเกาะตั้งแต่ระดับจิ๋วไปจนถึงการทำงานของเท้าจริง

งานวิจัยภายหลังพบว่าแรงที่เกิดตรงผิวสัมผัสอาจต่างกันตามวัสดุ งานปี 2014 ทดลองกับพื้นผิวสังเคราะห์สองชนิด และพบว่าประจุไฟฟ้าที่เกิดเมื่อเท้าตุ๊กแกสัมผัสพื้นผิวมีส่วนช่วยให้มันเกาะได้ ส่วนงานปี 2021 ตรวจจุดสัมผัสระหว่างขนจิ๋วใต้ฝ่าเท้ากับพื้นแซฟไฟร์ที่ปรับสภาพผิวไว้ และพบแรงยึดเหนี่ยวระหว่างสารบนผิวเท้ากับแซฟไฟร์ ทั้งสองงานศึกษาพื้นผิวเฉพาะ จึงชี้ว่าแรงที่ช่วยให้ตุ๊กแกเกาะอาจมีหลายส่วนตามวัสดุ ไม่ใช่แรงชนิดเดียวที่อธิบายได้ทุกกรณี

นักวิจัยนำหลักการจากเท้าตุ๊กแกไปศึกษาเพื่อออกแบบวัสดุยึดเกาะแห้ง ซึ่งใช้ปุ่มสัมผัสขนาดเล็กแทนการทากาว โครงสร้างจริงของเท้าตุ๊กแกซับซ้อนกว่าวัสดุเลียนแบบมาก แต่การค้นพบว่าเส้นขนจิ๋วสร้างแรงยึดได้โดยไม่ต้องมีของเหลว ทำให้เท้าของมันเป็นต้นแบบสำคัญของงานวัสดุศาสตร์

ขอบคุณภาพประกอบจาก https://graphic.in.th