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【工学】スパイダーマンがなぜ壁をうまくよじ登ることができるのかを分析する方程式

1 :pureφ ★:04/11/09 02:33:55 ID:???
壁にくっつく動物、工学者にデザインのヒントを与える

 昆虫やトカゲのような動物は、バッタの平らな足の裏から、ヤモリの足の微小な毛に至
るまで、様々な構造を利用して表面に留まったりよじ登ったりしている。しかしこれまで、
科学者がこれら様々な構造がどれくらいうまく機能しているかを計算によって評価したこ
とはなかった。今回、様々な構造を比較し、自然界に存在するものよりもよく壁面にくっ
つくことのできる人口表面を設計するのに用いることのできる新しい方程式が発表された。

 ハエやカナブンを含む何種類かの動物は粘着性の分泌物を分泌して彼ら自身を垂直な表
面にくっつけている。一方、トカゲなどは同じことに乾燥した器官系を使っている。粘着
性のとても高い接着剤は表面から引きはがすのが難しいので、剥がすのを容易にするため
に乾燥した系を使うということを選択する動物も多々見られる。しかし、それらの乾燥し
たシステムがどうしてうまくいくのかということについては、ファン・デル・ワールス力
という分子間に働く力を使ってヤモリが壁をよじ登っているということが証明された2年ほ
ど前までは正確にはわかっていなかった。

 トカゲは足と壁の間の表面積を最大にすることにより、通常は弱い力をうまく利用して
よじ登っている。足の裏は数百万の微小な毛で覆われており、その先端部はナノメーター
サイズの幅を持つ数百の突起にさらにわかれている。増加した接触面積は、ヤモリを表面
にとどまらせるに十分な分子間引力を毛と壁の間に働かせる。

 これまではすべての表面接触は球状であると考えて数学モデルが考案されてきた。「自
然界を見渡してみれば、これは実際とは違っていることがわかる。」と物質科学者Ralph
Spolenakは言う。

 そこで彼とStuttgartのMax Planck Institute for Metals Researchのグループは、毛や
平らな足裏、棒状構造、吸盤など、様々な動物で使われている構造を考慮にいれて方程式
を作り直した。その結果、接触面の構造を微調整することで、接着性を10倍以上増加でき
ることがわかった、と現在ZurichのFederal Institute of Technologyに移ったSpolenakは
述べた。

 完全に平らな表面であると仮定すると、平らな接触面を持つものが接触面が最大になる
ため、もっとも相互作用が強くなるということは想像に難くない。完全に平らな表面は自
然界には極くまれにしか現れないが、比較的平らな接触表面を足裏に持つバッタでは、足
裏にやや柔軟性を持たせることで平らでない表面での問題を回避している。

 しかしこの研究を発表した人たちは、人口被覆のデザインをしている工学者にはドーナ
ツ型の構造を検討するようにアドバイスしている。接着性を上げるには、接触部位をより
小さい構造に分割していく必要がある。彼らのモデルによると、ドーナツ型の構造が微小
な世界ではもっとも効率良く接触することができることがわかった。これらの結果はthe
Proceedings of the Royal Society A誌に報告された。

 「これは重要な理論的進展です。この発見によりトカゲの小さな毛や突起がどのように
表面からはがれるのかといったことや、動物たちがどのように足を汚れの付着から守って
いるのかといったことをうまく説明できるかもしれない。」と、オレゴン州Portlandの
Lewis and Clark Collegeの生物学者で、なぜヤモリは滑らかな表面を駆け登ることができ
るのかという研究発表を以前行ったKellar Autumn。

 Spolenakは、このモデリングは工学者が地球上や宇宙空間での特殊な環境でも接着する
ような材料を設計する手助けになると考えている。場面に応じた適切な大きさと構造をう
まく選ぶことで、地球外惑星でロッククライミングをするロボットや、壁に掛けたり外し
たりが思うようにできる写真の接着性裏打ちといったものの設計の手助けになるだろう。

記事オリジナル、スパイダーマン等の写真はこちらです。
News@Nature.com 05 November 2004; | doi:10.1038/news041101-17
Stickiness takes on new shapes
Roxanne Khamsi
http://www.nature.com/news/2004/041101/full/041101-17.html

>>2あたりにつづく

2 :pureφ ★:04/11/09 02:34:35 ID:???
Effects of contact shape on the scaling of biological attachments
Ralph Spolenak, Stanislav Gorb, Huajian Gao, , Eduard Arzt
Proc. R. Soc. Lond. A, 460. 1 - 15 (2004).
http://www.journals.royalsoc.ac.uk/app/home/contribution.asp?wasp=h7e8jf2qqldvqge0tav0&referrer=parent&backto=issue,6,35;journal,1,97;linkingpublicationresults,1:102023,1

参考ページ:ファンデルワールス力
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%83%B3%E3%83%87%E3%83%AB%E3%83%AF%E3%83%BC%E3%83%AB%E3%82%B9%E5%8A%9B

3 :名無しのひみつ:04/11/09 02:37:30 ID:S3vmwf9O
三げと

4 :名無しのひみつ:04/11/09 02:40:51 ID:zG68C1xu
4PL

5 :名無しのひみつ:04/11/09 02:50:48 ID:1K6HjteZ
記事を読んでもスパイダーマンとは関係無いようにもみえる

6 :名無しのひみつ:04/11/09 02:51:08 ID:UY//w/kN
>>1
CGだから

7 :名無しのひみつ:04/11/09 02:52:27 ID:jb3CLmT6
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勃起させた性器を壁に打ち込みます
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8 :名無しのひみつ:04/11/09 02:52:55 ID:a45UWYcL
恥ずかしながら銃夢で知りました。

9 :名無しのひみつ:04/11/09 03:27:57 ID:y6n3hDMc
みんなに聞きたいのですが蜘蛛って尻から糸をだすのにスパイダーマンは
何故に手なのですか?

10 :名無しのひみつ:04/11/09 03:29:16 ID:Moy7jG1h
ジュディー・オングがモデルだから

11 :名無しのひみつ:04/11/09 03:59:22 ID:jSc+8CZQ
ケツから糸出す映画なんて見たくねえだろ!

12 :名無しのひみつ:04/11/09 04:02:49 ID:Hi4QiG6k
サナダ虫マンになっちゃうから

13 :名無しのひみつ:04/11/09 04:27:44 ID:05lRmDVQ
摩擦です

14 :名無しのひみつ:04/11/09 05:07:19 ID:+aMA/XBh
3行以上の長い文は読めません

15 :名無しのひみつ:04/11/09 06:09:30 ID:CdpUrbuo
>>1
で?

その方程式はどこにあるのですか?

16 :名無しのひみつ:04/11/09 06:35:18 ID:fGCK0UxM
この記者の記事は好きだ。


>>7

17 :名無しのひみつ:04/11/09 10:17:06 ID:MwqeNGts
>>1
結局、空間的に積分を行使して求めるんだろ?

18 :名無しのひみつ:04/11/09 10:28:19 ID:jf7igGIe
スパイディはとげのような物が指先から出てた気がする

19 :名無しのひみつ:04/11/09 10:54:57 ID:PBSXTQOb
レオパルドンに乗れば無問題

20 :名無しのひみつ:04/11/09 11:16:08 ID:or+hd1Pi
>>2の論文のリンク先が違っちょるね
http://www.journals.royalsoc.ac.uk/link.asp?id=xq4pfk9hggwxpjrb

ついでにabstract
Adhesion of biological systems has recently received much research
attention: the survival of organisms ranging from single cells and
mussels to insects, spiders and geckos relies crucially on their
mechanical interaction with their environments. For spiders, lizards
and possible other 'dry' adhesive systems, explanations for adhesion
are based on van der Waals interaction, and the adhesion of single-
contact elements has been described by the classical Johnson-Kendall-
Roberts (JKR) model derived for spherical contacts. However, real
biological contacts display a variety of shapes and only rarely
resemble a hemisphere. Here, we theoretically assess the influence of
various contact shapes on the pull-off force for single contacts as
well as their scaling potential in contact arrays. It is concluded
that other shapes, such as a toroidal contact geometry, should lead to
better attachment; such geometries are observed in our microscopic
investigations of hair-tip shapes in beetles and flies.

21 :名無しのひみつ:04/11/09 16:02:43 ID:0cqiHpoN
なにげにすごい研究結果

22 :名無しのひみつ:04/11/09 19:11:06 ID:3o6yt+lD
>>11
想像して失笑・・・
妄想して禿藁・・・

23 :名無しのひみつ:04/11/09 22:05:12 ID:bvsYoqgH
>>1
バキの空気使ってた人と同じってこと?

24 :名無しのひみつ:04/11/09 22:33:11 ID:gNZZKZxT
それは吸盤の原理

25 :万年救護大本尊の朴蓮:04/11/11 20:53:09 ID:MnZZ3y/0
撮影してるカメラを横にするんだよ。

26 :名無しのひみつ:04/11/11 21:54:26 ID:PG0Elv/4
ロシアの磁石男は自分の胸にフォークやらアイロンを
くっつけていたような…

確か鉄の壁に…忘れた

27 :名無しのひみつ:04/11/13 00:17:11 ID:IGslhDEN
>>9
右手を使って白い物を出すのが男だから

28 :名無しのひみつ:04/11/13 01:08:19 ID:JNHD3hn6
初めて買ったネイチャーにこのヤモリの話が載ってて、さすがネイチャー
面白トピックスも欠かさないなぁ。てな風に流してたんですが、その後の
反響や続報の大きさを見るにつけ、自分の馬鹿さ加減に愛想が尽きます。

今もまた、女子が短距離送で8秒台を出す話を、面白論文としてか、
受け取って無いのですが、過去の過ちを猛省して、この論文の科学的深さ
を感じ取れるように修行に励むべきなんでしょうか?

29 :名無しのひみつ:04/11/13 01:20:39 ID:WgzjsSQW
つうか、結論だけじゃなくて、
それぞれの理論的裏づけをちゃんと評価すれば、
どちらがトンデモでどちらがまともかは
自ずとわかるはず。


30 :名無しのひみつ:04/11/13 01:48:04 ID:PWWjksM8
>>27
ワラタ

31 :名無しのひみつ:04/11/13 02:01:41 ID:DDI6zeYM
二乗三乗則を無視しているように見えるのは気のせいか?

32 :名無しのひみつ:04/11/13 22:31:50 ID:fBSOBiIS
このスレの秘密を>>27が解明しますた!

33 :名無しのひみつ:04/11/14 01:40:01 ID:EURAMX1B
>>27
漏れは左手なんだが・・・

34 :名無しのひみつ:04/11/15 00:44:02 ID:tMNlZb7V
俺もだ。左手派よ、集合せよ。

35 :名無しのひみつ:04/11/15 11:20:47 ID:59QCEUgx
俺は左手派というか左利きだ。

36 :名無しのひみつ:04/11/17 12:36:42 ID:Mwvu4wlk
スレタイ見て、また科学者がおふざけの方程式でも作ったのかと思った。

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