Bagaimana Cicak Tokek Melekat pada Dinding?

Cicak dan tokek boleh bergerak pantas di atas dinding dan kaca, malah bergantung terbalik pada siling, dan kakinya tidak meninggalkan kesan melekit apabila ia melangkah. Rahsianya terletak pada tapak jari yang dilitupi struktur mikroskopik yang tersusun dalam beberapa peringkat saiz. Banyak spesies gecko, iaitu kumpulan haiwan yang merangkumi cicak dan tokek, mempunyai ciri ini, dan kebanyakan kajian terperinci dilakukan pada tokek besar (Gekko gecko).

Struktur bertingkat pada tapak jari

Tapak jari tokek mempunyai jalur seperti lipatan yang dipanggil lamela. Setiap lamela dilitupi rambut mikroskopik yang dipanggil seta, dan setiap seta bercabang pada hujungnya menjadi banyak struktur yang lebih halus, iaitu spatula. Seta berukuran puluhan hingga ratusan mikrometer, manakala hujung spatula berukuran ratusan nanometer. Susunan bertingkat ini membolehkan sangat banyak hujung halus menyesuaikan diri dengan permukaan dan menghasilkan luas sentuhan yang besar pada skala mikroskopik.

Nota Istilahseta: Struktur seperti rambut mikroskopik pada tapak jari sesetengah cicak dan tokek. Hujungnya bercabang menjadi struktur lebih kecil yang dipanggil spatula.

Sentuhan yang sangat rapat dan daya van der Waals

Antara mana-mana dua molekul yang sangat dekat, terdapat tarikan lemah yang dipanggil daya van der Waals. Tarikan ini hanya berkesan pada jarak yang amat pendek, kira-kira beberapa nanometer, dan dalam kehidupan harian kita tidak merasainya kerana permukaan biasa sebenarnya hanya bersentuhan pada beberapa titik kecil. Hujung spatula yang sangat halus dan lentur dapat menyesuaikan diri dengan permukaan, sehingga sangat banyak titik berada cukup dekat untuk daya itu bertindak. Satu titik sahaja menyumbang daya yang amat kecil, tetapi jumlah daya merentasi semua titik sentuhan cukup besar untuk menyokong berat seekor tokek.

Lamela membawa banyak seta, dan setiap seta bercabang kepada hujung spatula yang sangat kecil. Geometri ini membolehkan banyak titik sentuhan rapat dengan permukaan, lalu tarikan antara molekul dapat bergabung menjadi lekatan yang kuat.

SkalaSeta berada pada skala mikrometer, manakala hujung spatula berada pada skala nanometer. Rajah ini tidak menunjukkan kedua-duanya pada skala sebenar.

Melekat dengan kuat, tetapi mudah dilepaskan

Kekuatan lekatan seta bergantung pada arah. Apabila tokek memijak dan menarik jarinya ke arah badan, seta bersudut dengan permukaan dan banyak hujung spatula bersentuhan, jadi lekatan menjadi kuat. Apabila tokek mengupas jarinya dari hujung semasa melangkah, sudut seta berubah dan daya lekatan merosot dengan cepat, jadi kaki terlepas tanpa banyak tenaga. Penyelidik menganggarkan bahawa seta tunggal mula terlepas apabila sudutnya dengan permukaan melebihi kira-kira 30 darjah.

Tapak tokek juga membersihkan dirinya secara beransur-ansur. Kotoran yang melekat pada seta cenderung tertanggal selepas beberapa langkah pada permukaan yang bersih, jadi tapak jari tidak kehilangan daya lekat dengan cepat.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?

Bagaimana kita tahu?

Pemerhatian
Cicak dan tokek boleh berjalan pada dinding dan siling, melekat dan melepaskan jari dalam sekelip mata, dan kakinya tidak meninggalkan kesan melekit pada permukaan.
Bukti
Pemeriksaan tapak jari tidak menjumpai kelenjar gam, dan struktur seta tidak berfungsi sebagai cawan sedut kedap. Pada tahun 2000, Kellar Autumn dan rakan sekerja mengukur daya pada seta tunggal dan mendapati daya lekatan yang besar apabila seta digerakkan ke arah yang betul, walaupun tanpa mekanisme penyedutan. Pada tahun 2002, kumpulan yang sama menguji seta pada permukaan yang suka air dan permukaan yang menolak air, dan mendapati lekatan berlaku pada kedua-duanya. Keputusan ini menyokong daya van der Waals dan tidak menyokong penjelasan yang bergantung pada lapisan air di permukaan.
Inferens
Jika lekatan datang daripada interaksi molekul yang lemah dan dijumlahkan, maka struktur yang menghasilkan banyak sentuhan rapat akan menghasilkan lekatan yang kuat. Inilah yang diperhatikan pada seta dan spatula.
Model
Model ringkasnya ialah lamela membawa seta, seta bercabang menjadi spatula, spatula menyesuaikan diri dengan permukaan, dan daya van der Waals bertindak pada banyak titik sentuhan. Perubahan sudut seta semasa melangkah mengawal pelekatan dan pelepasan.
Batasan
Prestasi lekatan tidak sama pada semua permukaan. Kekasaran, kotoran, kelembapan dan keadaan seta memberi kesan, dan sumbangan faktor seperti kelembapan masih dikaji.

Uji KefahamanSoalan 1 daripada 3

Apakah susunan struktur pada tapak jari tokek daripada yang paling besar kepada yang paling kecil?