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Cómo escalar paredes – el increíble pie del gecko
Verano. Noches calurosas. Pasar las horas en la terraza o el porche disfrutando de la fresca. Allí, en una esquina del techo, a la espera de que algún mosquito se aproxime lo suficiente como para darle caza, hay una salamanquesa. Quizás también la conozcas como dracó o gecko.
Este simpático animal es un portento de la naturaleza capaz de escalar y adherirse a casi cualquier superficie. Puede subir paredes, caminar por el techo e incluso escalar cristales.
¿Pero cómo lo logra? ¿Por qué sus patas son tan especiales?
El increíble pie del gecko
Podrías pensar que sus patas están recubiertas de un adhesivo especial, o quizás que contienen pequeñas ventosas como las de un pulpo. Pero nada de eso. Se trata de un mecanismo mucho más intrincado y sorprendente.
El secreto está en sus pies y en las almohadillas adherentes que lo forman. Como si de una matrioska se tratara, esas almohadillas a su vez esconden en su interior estructuras más pequeñas. Una organización jerárquica que se va desplegándose poco a poco ante nosotros.
How gecko toes stick.American ScientisT CC BY-SA 3.0
Las pequeñas laminillas que podemos ver a simple vista, están a su vez compuestas de miles de pequeñas escamas llamadas setas. Si las miramos aún más de cerca, veremos que cada punta de una seta se ramifica de nuevo en cientos de fibrillas diminutas llamadas espátulas. Esas fibrillas, de tan solo unas micras de tamaño, forman un bosque visible únicamente bajo el microscopio electrónico. La realidad, es que cada dedo del gecko esconde plegada una superficie de contacto gigante.
Adaptada de How gecko toes stick. American Scientist 94, 124-132. CC BY-SA 3.0
Cada una de esas fibras puede adherirse a la superficie gracias a débiles fuerzas intermoleculares, o fuerzas de Van der Waals (los electrones de cada espátula atraen e interaccionan con los electrones del suelo). En realidad, cada fibrilla ejerce una atracción minúscula, pero hay tantas actuando a la vez, que la suma total es enorme. Se calcula que si todas las setas estuvieran en contacto al mismo tiempo podrían soportar el peso de dos personas. Un extra que puede ser vital para resistir agarrado a una rama durante una tormenta tropical.
Además, son tremendamente versátiles. La fuerza con las que se adhieren puede cambiar varios órdenes de magnitud con tan solo modificar un poco el ángulo. Si el animal endurece el pie al contacto, las fuerzas se distribuyen y aumenta la adhesión, pero si relaja o inclina el pie, disminuyen. Así pueden agarrar o liberar una pata en tan solo unos nanosegundos
Con mecanismo de auto-limpieza incluido
Fuente foto: JEB
Podríamos pensar que una mota de polvo, un poco de arena o cualquier mancha podría echar por tierra todo el sistema. Y lo cierto es que teóricamente, cualquier cosa que se introduzca entre las microfibras afectaría a la adhesión. Entonces, ¿por qué no ocurre?
Los científicos han descubierto que la piel es antiadherente. Está formada principalmente de b-queratina, que le da propiedades hidrofóbicas. Como han comprobado en el laboratorio, aunque la salamanquesa camine por arena finísima, esta desaparece en un par de movimientos sin necesitad de hacer nada. Un efecto que además de mantener limpias las patas evita que se puedan pegar contra su propia piel.
Un mecanismo perfecto para escalar
Pero las salamanquesas no son las únicas que usan este mecanismo. Hay otros animales que también han desarrollado sistemas similares. Las patas de los escarabajos, las moscas o las arañas también están compuestas por pequeñas fibrillas, aunque en su caso, más sencillas. Al ser más livianos no requieren tanta superficie de contacto.
Un claro ejemplo de evolución convergente.
Adaptada de Arzt E et al. PNAS 2003;100:10603-10606
Aprendiendo de la naturaleza
Sin duda, los pies de las salamanquesas son “el adhesivo perfecto”. Un pegamento que no deja rastro, se puede usar cientos de veces sin perder eficacia y es programable. No es de extrañar, que varios grupos estén trabajando en la búsqueda de un sistema que lo imite. Hasta el momento se ha creado cinta adhesiva (Gecko tape y Geckskin), vendajes especiales o robots escaladores. Incluso se ha desarrollado un sistema que permite escalar paredes como Spiderman. En una primera demostración, un hombre fue capaz de escalar una pared de varios metros como si nada.
Un recordatorio de que muchas de las soluciones a nuestros problemas están escondidas en la naturaleza.
El teflón, el único material que se le resiste.
Pero el gecko no es infalible. Hay una superficie donde sus patas resbalan: el teflón. El teflón seco, porque si lo mojas puede escalar de nuevo sin problemas. Un curioso efecto que ha permitido comprender mejor el mecanismo detrás de su adherencia.
El teflón, al igual que el resto de materiales antiadherente, son inertes. Todos los electrones están apareados, no queda ninguno libre que pueda interaccionar. Esto anula las fuerzas Van der Waals y las pequeñas espátulas del gecko no pueden unirse.
¿Pero que pasa cuando mojamos la superficie? Como el teflón es un material altamente hidrofóbico, repele el agua. Solo quedan pequeñas microgotas que ahora si, evitan el efecto del teflón y permiten que el gecko se adhiera.
– Referencias
How gecko toes stick. Kellar Autumn – American Scientist
Sticking to the story: outstanding challenges in gecko-inspired adhesives http://jeb.biologists.org/content/219/7/912
Evidence for van der Waals adhesion in gecko setae https://www.pnas.org/content/99/19/12252.long
From micro to nano contacts in biological attachment devices https://www.pnas.org/content/100/19/10603
