如何像蜘蛛侠一样飞檐走壁？

如果我们能像蜘蛛侠一样飞檐走壁，或是用四肢在天花板上行走，也许还挺酷？

苍蝇和蜘蛛能在完全光滑的垂直墙壁上攀爬，甚至能在天花板上自由地爬行。直观地说，它们是用小爪子勾住了墙壁，而该方法行之有效的重要原因就在于它们很轻。然而，有一种重得多的脊椎动物同样能做到这一点，那就是壁虎（体长可达35厘米，重400克）。

它是如何做到的呢？

有趣的是，它或多或少使用了与蜘蛛相同甚至更为精妙的技巧。

如果我们也想飞檐走壁，那就需要详细研究其中的原理。

壁虎的脚底有一道道的凹槽，就像徒步鞋的鞋底一样，

不过这些凹槽并非连成一片的橡胶块，更像是由无数微小的毛制成的“刷子”：这些是所谓的“刚毛”，直径仅为人头发的四分之一，而它们的末端是由数千根纳米纤维簇形成的，单体直径不过百万分之一毫米，只比DNA分子稍大。

也许你会说：“我曾经也用过刷墙的刷子，但一放手就会掉下来。所以，并不是有毛的东西就一定能粘在墙上。”

无需胶水就能黏合

没错！这叫做干黏合（没有胶水或黏稠液体）。

如果你觉得这种现象与直觉相悖，那是因为我们通常使用的刷子上的毛没有壁虎刚毛那么细。这一谜团的关键在于范德瓦耳斯力——因荷兰物理学家约翰尼斯·范德瓦耳斯（Johannes Van der Waals）发现而得名。

在此之前，他是一个几乎不为人知的天才。因为在19世纪的荷兰，人们只能用拉丁语进行论文答辩。在经历了漫长的制度改革后，他终于在36岁时向世人展示了他的成果！

约翰尼斯·范德瓦耳斯的发现是，为了解释气体和液体的行为（以及从一种状态到另一种状态转变的方式），我们必须承认所有构成物质的原子或分子之间距离非常短，且互相之间存在吸引力。

因此，它们之间存在轻微的黏性——该现象背后的机制很晚才被发现。

距离的问题

奇怪的是，当把食指摁在墙上时，你可以毫不费力地移开，并没有黏黏的感觉。那手指与墙壁原子之间的范德瓦耳斯力去哪了呢？毫无疑问，它肯定是存在的，但却非常微弱，因为食指并没有真正触碰到墙壁。

你的食指只是放在了不规则墙壁表面（物体表面不可能完全平整）的顶部，手指顶端大部分的分子都离墙体太远，形成的吸引力根本不值一提。请记住：只有非常非常近的距离才能产生足够大的吸引力。

壁虎脚底的纳米纤维虽然不规则，但它们更接近墙壁表面。

于是，大量的纤维产生显著的吸引力，每一根刚毛末端的纤维簇与墙面之间都能产生相当于一粒沙子重量的吸引力。而由于壁虎脚底有数百万根刚毛，所以形成的合力非常大。

实验室测试表明，对于几乎所有种类的壁虎来说，当它们黏在墙上时，每平方厘米的刚毛能产生足够抵抗1千克重力的摩擦阻力。

也就是说，凭借着1平方厘米的“黏性”脚掌（几乎是我们能找到的最大的壁虎脚了），重为1千克的壁虎就可以安然地在建筑物立面上移动。而实际上，已知最大的壁虎也不到500克重！

那对于人来说呢？10个指尖（只是前面柔软的部分）的面积大约有30平方厘米，再加上脚趾（行走时与地面接触的部分）的90平方厘米，总的来说，能利用的“黏性”表面积有120平方厘米，足以承载120千克的重量，约是一般成年男性体重的1.5倍。

设想我们在手上和脚上都长出了刚毛，那我们就可以像蜘蛛侠一样飞檐走壁了！有些人听了可能会皱眉头质疑，因为他们在媒体上看到的一系列文章，都宣称“蜘蛛侠永远不会存在”。

科学自相矛盾？

这些媒体的报道都基于美国科学促进会发布的一项非常严谨的研究，因此大多数人都不假思索地相信了该观点。

接下来，你会看到美国研究人员的结论既完全正确也完全错误。

科学家测量了从蜘蛛、壁虎到各种苍蝇的黏性纳米纤维表面，找到了普遍的规律：动物的体型越大，黏性表面就越大。具体来说，黏性表面积随体重以1.02为指数增长（如果体重翻倍，则黏性面积增加到原来的21.02 = 2.03倍）。

他们推断，对于一个体重80千克的人来说，要有几乎一半的身体都被黏性毛发覆盖才能支撑其飞檐走壁！这似乎是有道理的：动物越重，那么支撑其体重所需的黏性表面积就应越大。

不过，这与上述的结果（即只需借助手和脚上的毛发，我们应该就能够攀爬墙壁了）相矛盾。怎么回事？计算明明是正确的啊。那当人攀岩的时候，又是什么在支撑身体的重量呢？

答案是皮肤。想象一下，你被挂在天花板上，身体像滚球一样撑破纸袋一般的皮肤……但事实上，你不会被活剥。

根据测量剥兔皮所需拉力的农业科学文章，人的体重足以将手指和脚上的皮肤撕下来。

其实，动物的黏性表面随体重增加，并不是因为需要更多表面积来支撑它们的重量，而是因为重力必须被充分分配在外保护层（脊椎动物的皮肤或昆虫的外壳）上，以保障皮肤不会被撕裂。

对我们来说，既然无法在皮肤上长出天然的刚毛，那能不能穿上一件带有纳米刚毛的靴子和手套的蜘蛛侠套装呢？

壁虎的刚毛

如果你穿了一件普通的尼龙套装，那你最终可能摔得四脚朝天，但靴子和手套还黏在高高的天花板上，衣服被拉伸得很长。

但是，如果你穿上更牢固的碳纤维套装……你就真的能黏在天花板上了。而目前的多种合成干黏合剂——形同胶带，比壁虎脚的黏性还高三倍——也能发挥很好的作用！

结论：本文提出的问题终究只是一个“假设”，虽然听上去有些愚蠢，但这个假设没准还真能实现。至少我有好好思考过。

撰文 René Cuillierier

编译 周玉府

来源：新发现杂志

编辑：Be