揭秘《不可能的任務：鬼影行動》的壁虎手套

《不可能的任務：鬼影行動》中最熱血的橋段莫過于阿湯哥徒手攀爬世界第一高樓——哈利法塔了。而湯哥的萌呆同伴提供給他的看似好用，關鍵時候又掉了鏈子的神奇壁虎手套無疑為劇場裏的驚聲尖叫增加了不少分貝。阿湯哥在哈利法塔外墻上留下瀟灑的身影，正是憑借手上的那對壁虎手套，你是不是也想擁有這樣一件“神器”？
　　 阿湯哥在哈利法塔外墻上留下瀟灑的身影，正是憑借手上的那對壁虎手套，你是不是也想擁有這樣一件“神器”？ 壁虎漫步，獨門舞步 現實中，這樣的壁虎手套真的存在嗎？在回答這個問題之前我們必須先研究一下壁虎，要搞清楚它為什麼能飛檐走壁，還真不是一件容易的事。這本應該是一個尋常的問題，畢竟壁虎并不是什麼稀奇的動物，我們的先人還在住山洞的時候就與之為鄰了，而壁虎在天花板上藐視重力行走如飛這樣反常理的現象理應當能牢牢地吸引人們的注意，并使人苦苦求解。但是當我搜尋歷史記錄時，僅在無所不在的亞裏士多德老人家那裏看過一筆，而且沒有答案，亞裏士多德將其歸咎于超自然的力量。 不管是粗糙的墻面，還是光滑的鏡面，壁虎都能疾步而飛。 這個問題就這麼一直懸著，直到19世紀，人們才開始提出一些逐漸靠譜的答案。最先想到的是粘液說，但是經過仔細觀察，壁虎的腳上并沒有可以分泌粘液的腺體，所以這個說法很快被終結了。 是不是吸盤呢？自然界裏也不乏用吸盤來飛檐走壁的達人，1934年，德國科學家沃爾夫德利特（Wolf-Dietrich Dellit）在他出版的《壁虎的解剖與生理》（Zur Anatomie und Physiologie der Geckozehe）一書中記載了一個實驗。德利特把壁虎放在玻璃罩子裏，然后把玻璃罩裏的空氣抽走，結果壁虎仍然可以爬上垂直的玻璃——吸盤說被終結了。 而后人們又想到了靜電，把氣球在頭發上蹭幾下它就能吸在天花板上，壁虎是不是這樣做的呢？又有“好事者”用X光將空氣電離，然后在電離的空氣裏放上一塊金屬板，這時靜電荷是不會在金屬板上蓄積的。又一次，壁虎哧溜溜的破解了這個說法。 腳底板有毛，范德華給力 又是被抽真空，又是被X光輻射，壁虎可真沒少遭罪。轉了一圈，注意力又重新回到了壁虎的腳上。早在1872年，就有科學家用顯微鏡觀察發現壁虎的腳底板上布滿了細小的剛毛，并且剛毛的末端似乎是彎曲的，于是人們想到了尼龍粘扣。難不成壁虎的腳底板上長著維可牢不成？可問題是，維可牢也得兩片在一起才能發揮作用啊？諸如高度拋光的玻璃等光滑的表面并不能阻止壁虎的攀爬，而那裏并沒有能供小鉤子鉤掛的突起。 形形色色的壁虎腳趾 圖/matterism.com 由于光學顯微鏡原理的限制，它的極限解析度只有0.3微米左右，而壁虎剛毛的直徑已經接近了這個解析度極限。所以直到上世紀50年代，更高解析度的電子顯微鏡的出現，才給人們以研究壁虎神奇攀爬術的工具。1965年，來自美國加州大學河濱分校的生物學家瑞寶（Rodolfo Ruibal）把壁虎的腳放在了電子顯微鏡下，他發現那些看似小鉤子一樣的剛毛末端，實際上是開叉的，每根剛毛都分成了100-1000根更細的絨毛，這些絨毛極大的增加了壁虎腳掌的面積，特別是當壁虎攀在那些粗糙的物體表面時，這些絨毛更能填滿那些細小的坑洼。 說到這裏，各位可能要回顧一下中學化學和物理的內容了。因為接下來我們要提到一個概念，這就是范德華力。所謂范德華力，又叫分子間作用力，是一種發生于分子與分子之間的吸引力，相比讓原子構成分子的那些作用力，范德華力很小，生活中我們往往不會在意到它的存在。但是這個很小，只是相對來說的。下面的小實驗可以讓你體會到范德華力的力量。 找兩本厚一點的書，最好是紙張薄軟一點的，像洗撲克牌一樣把兩本書的書頁一張壓一張的疊在一起。全部疊完后用手壓一壓，然后分別抓住兩本書的書脊，試試能把它們拉開嗎？把兩本書“粘”在一起的力量，就是范德華力。如果你沒有耐心把兩本書一頁一頁的交疊，也可以去買一部新手機。很多人都特別享受揭開新手機螢幕保護膜的那個瞬間，其實那層膜就是靠范德華力“粘”在手機螢幕上的。由于范德華力的作用距離非常小，當你揭開保護膜的一角輕輕拉起，只要膜和螢幕不再緊密接觸，范德華力就失去了作用，這時那層不管你怎麼搓怎麼蹭都不會掉的膜，就輕松脫落了。壁虎的腳趾，使用的正是“揭膜大法”。 壁虎爬墻，疑問塵埃落定 壁虎爬墻問題的最終解決，一直要等到2000年。這一年，來自美國劉易斯克拉克大學的凱拉奧特姆（Kellar Autumn）小組和加州大學伯克利分校的羅伯特福（Robert Full）合作發表了文章，詳細描述了壁虎腳剛毛的結構，計算出了壁虎腳的“吸力”大小。這些科學家選擇了我國南方和東南亞地區常見的蛤蚧作為研究對象。之所以選了它，是因為蛤蚧是世界上體型最大的壁虎，成年體長近40厘米，重近300克。事實上蛤蚧幾乎是依靠范德華力飛檐走壁的最重的動物。經過測量，蛤蚧每個腳掌的面積大約是227平方毫米，共長著3268800根剛毛，總共可以產生約20牛頓的吸附力，而它的重力只有大概3牛頓。也就是說，僅憑一只腳，壁虎也可以牢牢的吸附在天花板上。 同時，這兩個小組還解決了兩個關鍵問題： 首先，壁虎是怎樣拔腳的？既然它的腳可以產生這麼大的吸附力，壁虎又是怎樣做到收放自如的呢？其實，壁虎是在用揭手機膜的方法拔腳的。通過高速攝像機，科學家們觀察到壁虎每次拔腳都是從向上卷曲趾尖開始的，相當于先揭開一角。從彎曲趾尖到整個腳脫離平面，只用短短的15毫秒。 壁虎腳趾葉狀結構上，有著數以百萬計的剛毛，每根剛毛又都分成100-1000根更細的絨毛，這些絨毛極大的增加了壁虎腳掌的面積。 圖/chemengr.ucsb.edu 那麼，壁虎腳上的這些剛毛粘了臟東西怎麼辦？如前所述，范德華力的作用距離很小，就好像手機貼膜如果粘了灰塵，就不好使了。壁虎生活的環境可不是那麼干凈，灰塵、花粉顆粒，這些都足以讓壁虎失足，可是也沒見哪只壁虎好端端的從天花板上掉下來。經過研究，壁虎的剛毛不但擁有像荷葉一樣的“超疏水性”，任何水滴都會從它的表面滑落下來順便帶走灰塵；而且它剛毛上的絨毛尺寸比灰塵小得多，以至于這些絨毛對灰塵的吸附力不及灰塵與墻面的吸附力，這是真正的踏雪無痕。 壁虎手套？這個真沒問題 有了這麼好的研究，那些工科男鐵定不會干坐著。別的不說，哪怕是用這種技術改造一下足球守門員的手套——那些著名的“黃油手”門將鐵定得排隊去買。 2001年，美俄兩國科學家共同開始研發“壁虎膠帶”，這是膠帶史上的一次革命，因為這種膠帶是真正的“不濕膠”膠帶，也就是所謂的干性粘接。2003年，成品問世，這是一種甚至動用了可以操縱單顆原子運動的原子力顯微鏡在內的各種精密儀器生產出來的膠帶。半個指甲蓋那麼大一點就可以把一只蜘蛛人玩偶粘在天花板上。但是，與壁虎相比，它的粘性還太低，壽命也太短。更關鍵的是，這玩意兒奇貴無比，經過計算，制造能粘住一個人重量的壁虎膠帶，需要花費100萬美金。 2005年，美國的一組科學家用碳納米管模擬了壁虎剛毛的結構，這種碳納米管膠帶的粘性甚至大于天然的壁虎腳。問題依然是，材料過于脆弱，幾乎無法重復使用，并且還是太貴。 不過沒關系，電子電腦剛問世的時候還又貴又不好用呢。雖然仿生壁虎腳還面臨很多難題，科學家們已經為它描繪了美妙的未來。手術切口？粘一條！輪胎打滑？粘一條！爬墻機器人？一個腳上粘一條！以后再也不用擔心不干膠貼紙撕不干凈難清理了。 至于壁虎手套，那自然是沒有問題。而且，真正的壁虎手套比阿湯哥那雙要高檔得多，因為干性粘接本身無需能源，因此沒電失效這種事是不會發生的。但是真正造出來的壁虎手套可能沒阿湯哥那雙那麼拉風，或者說過于拉風了。前面我們說了，蛤蚧幾乎是用范德華力爬墻的最重的動物。而壁虎手套產生的粘性與手套的面積成正比，而它需要克服的重力則與物體的體積成正比。拿人與蛤蚧相比，人手掌的面積大約是蛤蚧前腳掌面積的70倍，而體重則是蛤蚧的200多倍。還要考慮到人的腳沒有蛤蚧腳靈活，不太好布置一副腳套。因此人的“壁虎手套”面積應該比手掌大五六倍才能如蛤蚧般牢靠。 事實上，在現實生活中已經有地球人利用壁虎手套爬墻了。2008年，業余攀巖愛好者沃林斯基小姐（Lynn Verinsky）用羅伯特福教授設計的“壁虎手套”——實際上是“壁虎板子”成功爬了一段垂直的墻壁。當然，絕對沒有阿湯哥在哈利法塔外墻上那般瀟灑。