Dit artikel is de vertaling van het Engelstalige artikel “The Gecko Grip” door Stuart Wachowicz, verschenen in het Tomorrow’s World magazine (rubriek: The Works of His Hands) van november-december 2016.

In warme klimaatzones van de planeet is een klein diertje te vinden dat menselijke waarnemers al duizenden jaren verbaast en verbijstert. Gekko is de naam van een familie hagedissen die bekend is vanwege vele unieke kenmerken. Een gekko gebruikt bijvoorbeeld zijn tong om zijn ogen te reinigen en te bevochtigen, aangezien hij geen knipperende oogleden heeft. En hij is te herkennen aan zijn frequente en soms irritante getsjirp.

Maar nagenoeg alle onderzoekers zijn het erover eens dat zijn meest verbazingwekkende eigenschap zijn vermogen is om zonder inspanning op verticale of zelfs omgekeerde oppervlakken te lopen, ondanks het feit dat zijn voeten niet kleverig zijn en evenmin enige vorm van zuignappen bezitten. Eeuwenlang was men niet in staat dit gedrag te verklaren. Drieëntwintighonderd jaar geleden schreef de Griekse filosoof Aristoteles over het vermogen van een gekko “om in welke richting dan ook over een boom te rennen, zelfs met zijn kop omlaag” (The History of Animals [De geschiedenis van de dieren], Book IX, Part 9, vert. in Eng. door D’Arcy Wentworth Thompson.)

Tegenwoordig begint men het geheim van het vermogen van de gekko te begrijpen, en dit begrip draagt vrucht met nieuwe vooruitgang in de adhesietechnologie , en creëert zelfs nieuwe kleeftoepassingen voor het ruimtevaartprogramma.

 

Het onmogelijke doen

Als u weleens een gekko hebt gezien, zult u hebben opgemerkt dat hij heel snel kan lopen, zelfs op verticale vlakken. De kracht die nodig is zich op een verticaal vlak omhoog voort te bewegen moet groter zijn dan het gewicht van het lichaam dat wordt voortbewogen, en er moet voldoende wrijving of adhesie zijn op het oppervlak om de toepassing van die kracht toe te staan. Bedenk bovendien dat een gekko kan bewegen in een tempo van 20 lichaamslengten per seconde, of het nu op een verticaal oppervlak is of op het plafond boven uw hoofd! De voet van de gekko moet zich op een of andere wijze hechten aan het oppervlak en toch weer even snel loskomen als het aanvankelijk aan dat vlak kleefde. De Oxford Journals merkte op: “… herhaalde en snelle loslating zonder aanwijsbare krachten van betekenis gaat de mogelijkheden van elk huidig synthetisch kleefmiddel te boven” (“Mechanisms of Adhesion in Geckos, [Mechanismen van adhesie bij gekko’s]”, Oxford Journals, Volume 42, Issue 6, p. 1082).

Een mechanisme dat een simpele hagedis dagelijks en zonder nadenken of inspanning toepast blijft het vermogen van de mens om na te maken te boven gaan! Hoe doet de gekko dat?

Het blijkt dat het geheim van de voortbeweging van de gekko schuilt in het ontwerp van de voet. Aan de vijf tenen van elke gekkovoet zitten verscheidene rijen microscopische bundels haren die setae genoemd worden. Elk van de bundels kan zich splitsen in honderden extreem kleine uiteinden, de spatulae. Wetenschappers hebben ontdekt dat de lengte en het ontwerp van deze haarachtige structuren elk ervan in staat stellen een elektrostatische kracht op te wekken (bekend als vanderwaalskrachten) zodra de teen een oppervlak raakt. De teen ontwikkelt onmiddellijk een positieve lading, en aangezien het oppervlak een gelijke en tegengestelde negatieve lading heeft, staat de resulterende elektrostatische aantrekkingskracht de gekko toe zich op vrijwel elk vlak veilig te kunnen bewegen.

Een gekko weegt ongeveer 50 gram, maar de gemiddelde gekko zou 130 kilo moeten kunnen tillen om zich los te maken als hij volledig met alle vier voeten is vastgehecht (David Robson, “Gecko’s gravity-defying trick explained, [De zwaartekracht tartende truc van de gekko verklaard]”, New Scientist Live, juni 2007). Dit verklaart waarom sommige mensen een gekko met slechts één teen heel veilig aan een plafond hebben zien hangen. Een gekko van 50 gram heeft ongeveer 6,5 miljoen spatulae. Eén miljoen setae past op een muntstuk van tien cent en kan gemakkelijk het gewicht van een kind dragen (St. Fleur, “How Do Geckos’ Feet Work? [Hoe werken de voeten van gekko’s?]”, Huffington Post, 10 augustus 2012).

Maar waarom blijft de gekko niet op één plaats steken, gegeven dat de kracht die ontwikkeld wordt zo sterk is? Hoe kan hij zijn voeten optillen als ze zo sterk aan het oppervlak kleven?

De spatulae steken niet uit de voet met een rechte hoek, maar zijn ontworpen om het oppervlak onder een schuine hoek te raken. Wanneer die hoek 30 graden is, blijkt de kracht het sterkst. Maar als de gekko de voet naar voren beweegt, neemt de hoek toe en wordt de kracht snel zwakker, en staat daardoor een snelle beweging toe.

P. Alex Greaney, assistent professor werktuigbouwkunde van de Oregon State University, zegt het als volgt: “Dit zijn werkelijk fascinerende systemen en krachten werkzaam op nanoschaal … Het berust niet alleen op de aard van de seta, maar ook op de hellingshoeken en flexibiliteit die ze hebben, en op het vermogen te werken onder een brede reeks van belastende condities” (Rachel Feltman, “New Research Investigates the Physics of Sticky Gecko Feet, [Nieuw onderzoek naar de fysica van de kleverige gekkovoeten]”, Washington Post, 12 augustus 2014).

Kellar Autumn, bioloog aan het Lewis and Clarke College in Oregon, zegt na observatie van dit fenomeen: “Gekko’s zijn enorm overgeconstrueerd” (Robson). Dit leidt tot het feit dat een 50 gram wegende gekko slechts 3 procent van zijn setae nodig heeft om bij het klimmen veilig te zijn – en aan een enkele teen te kunnen hangen! Hij komt alleen in de problemen als het oppervlak nat wordt, wat de effectiviteit van deze fascinerende techniek van de gekkogreep beduidend reduceert.

 

Inspirerende nieuwe technieken

In het algemeen is de doeltreffendheid van dit adhesiesysteem veruit superieur aan alles wat de mens heeft kunnen ontwerpen. Daarom zijn British Aerospace, de NASA en veel andere onderzoekslaboratoria nu bezig synthetische gekkogrijpers te perfectioneren. De NASA heeft al prototypes getest met nanobuisjes van koolstof die ze hopen te kunnen gebruiken om ruimterobots in de ruimte puin te laten vastgrijpen. Anderen kijken naar een toepassing voor hoogwaardige remsystemen, en ook effectieve kleef- en loslaatmechanismen voor allerlei heel grote en heel kleine toepassingen waar traditionele adhesiesystemen beperkingen hebben. Eén onderzoeksproject kijkt naar het gebruik van adhesie door nanobuisjes van koolstof als een vervanging van soldeer in elektrische systemen, terwijl anderen deze gekkotechnologie bestuderen om op zachte manier wonden zonder hechtingen te dichten.

Aldus uitgerust overtreffen deze superhelden van de hagedissenwereld de fictieve “Spider-Man” van Marvel Comics! Gekko’s zijn echte geschapen wezens van wie de moderne wetenschap nu het technische vermogen probeert na te maken teneinde het menselijke vermogen om verrichtingen op de aarde en in de ruimte uit te voeren te verbeteren.

Wegens onze erg snelle manier van leven nemen de meeste mensen zelden de tijd om stil te staan bij de vele opmerkelijke en ingewikkelde aspecten van de organismen die onze wereld bevolken. Soms vallen ons de grote dingen op, maar vaak veronachtzamen we het subtiele en minutieuze. Maar sommige van deze kleine maar fantastisch complexe levensvormen zijn een herinnering aan de onmiskenbare techniek die in het weefsel van het leven is ingebouwd.

Wij hebben in dit tijdperk meer gelegenheid dan ooit het geniale te leren kennen en waarderen, dat zo evident is in het ontwerp van zelfs de gekko, aspecten die de moderne wetenschap nu tracht te kopiëren om een beter antwoord te hebben op de uitdagingen van morgen. Het Genie achter de greep van de gekko, de briljante Ingenieur en Schepper van zowel het astronomische als het microscopische wordt in het Bijbelboek  Psalmen welsprekend geprezen: “Hoe groot zijn Uw werken, HEERE, U hebt alles met wijsheid gemaakt, de aarde is vol van Uw rijkdommen” (Psalm 104:24).