Представьте себе, что вы стали обладателем настоящего костюма Человека-Паука. Перчатки и ботинки позволяют вам взбираться на стены и лазить по потолку, а липкая шёлковая нить – перемещаться между зданиями. Мечта может стать ближе к осуществлению благодаря идее Nicola Pugno из Политехнического университета Турина (Polytechnic University of Turin) в Италии, который предложил принципиальную схему «липких» материалов и «паучьего шелка» на основе углеродных нанотрубок.
Попытки разработать материал, прилипающий к любой поверхности, были направлены на имитацию поверхности пальцев
геккона. Эта рептилия может висеть вниз головой на потолке, прицепившись к нему всего лишь одним пальцем ноги! Это происходит из-за того, что его пальцы покрыты миллионами микроскопических щёточек, каждая из которых состоит из крошечных эластичных волосков. Каждый волосок притягивается к поверхности за счёт межмолекулярных сил, эти силы и позволяют геккону свободно удерживаться и перемещаться по гладким вертикальным поверхностям. Прочность сцепления пальцев геккона с поверхностью составляет около 10 Н/см
2.
Исследователи уже
создали наноструктуру из углеродных нанотрубок, имитирующую описанные волоски, и обладающую схожими свойствами (сила сцепления до 11.7 Н/см
2). Однако, эту структуру не получается увеличить до размера, пригодного для жизни «супергероя». При увеличении площади контакта необходимо увеличивать и длину нанотрубок, для поддержания эффективного взаимодействия с поверхностью. Однако, если просто сделать более длинные нанотрубки, то они начинают прилипать друг к другу, а не к поверхности. Для того, чтобы человеку весом 70 кг висеть на потолке на одной ноге (площадь контакта около 200 см
2), подобно тому как это делает геккон, сила сцепления должна быть всего 4 Н/см
2. В то время как теоретически сила сцепления ограничивается значением 500 Н/см
2!
В статье, которая будет опубликована в Journal of Physics: Condensed Matter, Pugno показывает, что секрет разработки эффективных «липких» материалов заключается в создании «иерархической структуры». Т.е. длинные «толстые» нанотрубки должны завершаться разветвлением на короткие «тонкие» нанотрубки. Это, с одной стороны, обеспечит хороший контакт с поверхностью, а с другой стороны, предотвратит слипание нанотрубок между собой. Исследователи из Ренсселеровского политехнического института (Rensselaer Polytechnic Institute) в Трое, Нью-Йорк, уже
создали подобную структуру из углеродных нанотрубок.
Кроме «липкого» материала «супергерою» понадобятся и лёгкие прочные канаты – «паучий шёлк». Исследователи из Университета Техаса уже научились делать
волокно из углеродных нанотрубок. Пока такое волокно имеет длину в 1 метр, но скоро станет возможным снять это ограничение.
Каждая нанотрубка невидима, поскольку она гораздо меньше, чем длина волны света. Pugno считает, что пропустив нанотрубки через отверстия специальной пластины, позволяющей отделить волокна друг от друга, можно добиться невидимости всего каната. В конце каждого волокна, проходящего через пластинку, может быть создана разветвлённая структура волосков, позволяющая прикрепляться к поверхности. Тогда останется только создать специальное устройство для «стрельбы» таким канатом.
Stefano Mezzasalma из Университета Триеста (University of Triest) в Италии считает, что описанный подход даст результат: "Первый прототип костюма Человека-Паука, возможно, будет готов в течение десятилетия или около того".
