Известно, что благодаря близкому контакту щетинок на лапках с поверхностью по которой передвигается геккон, "прилипание" его лапок обеспечивают связи ближнего взаимодействия между молекулами. Иными словами, гекконы удерживаются практически на любых поверхностях посредством сил Ван-дер-Ваальса, названных так в честь голландского физика конца XIX века.  

В результате квантовой неопределенности неполярные молекулы обладают дипольными моментами. Возникший из-за флуктуация дипольный момент одной молекулы создает поле, которое поляризует вторую молекулу. Получив ненулевое поле вторая молекула поляризует первую. Говорят, что в системе возникает "положительная обратная связь". Именно она обеспечивает прочное сцепление лапки геккона с любой поверхностью, по которой он передвигается. Чтобы силы Ван-дер-Ваальса могли себя проявить, молекулы должны находиться очень близко к друг другу. Причем площадь контакта должна быть сравнительно большой.  

Такую возможность обеспечивает сложнейшее строение лапок геккона. Его пальцы покрыты очень тонкими волосками (щетинками) длиной всего 0,1 миллиметра. Они размещены очень плотно - до 14400 щетинок на 1 кв. мм, или около 1,5 миллиона на кв. см. Каждая щетинка на конце расходится в 400-1000 ответвлений. Каждое ответвление заканчивается на конце треугольной лопаточкой. Эти лопаточки составляют в ширину всего 0,2 мкм. Именно их тесный контакт с поверхностью и обеспечивает возможность для проявления сил Ван-дер-Ваальса. 

Идея повторить этот эффект с помощью искусственных материалов давно не дает покоя ученым. Ранее уже создавались материалы, использующие микроволокна для воспроизводения «липкости» лапок геккона. Правда, «гекконоподобные» материалы «не отлипали» только пребывая под давлением, поэтому их приходилось крепить к жесткой основе. Что ограничивало возможности «прилипания» к изогнутым поверхностям.

В ходе нового исследования ученые нашли способ решения проблемы, одновременно добившись гибкости и сцепления. В новом материале, который исследователи называют фибриллярными адгезивами на мембране (FAM), микроволокна расположены на тонких эластичных мембранах. В мягком роботизированном захвате FAM устилает внутреннюю поверхность неглубокой воронки, выполненной из мягкой резины. Диаметр воронки 18 мм, через узкое отверстие она соединена с насосом. После того, как FAM касается плоского или изогнутого объекта, из воронки выкачивается воздух, что заставляет воронку принимать форму объекта, с которым она взаимодействует - и здесь уже начинают работу силы Ван-дер-Ваальса. 

В ходе испытаний ученые обнаружили, что при площади контакта всего в 2,5 кв. см захват может поднимать предметы весом более 300 граммов. Он может взять чашку с кофе за ручку или прикрепившись к ее наружной выпуклой или внутренней вогнутой стороне; поднять помидор черри, не повредив его; взять полиэтиленовый пакет с продуктами.

Для высвобождения объекта достаточно подать в захват воздух. 

По мнению разработчиков, на заводах такие захваты смогут помочь, например, в сборке электроники, обеспечить перемещение объектов сложной формы, таких, как детали автомобиля. Перспективным направлением представляется биомедицина и ряд других направлений. А если оборудовать такими захватами ножки робота, он сможет передвигаться не только по горизонтальным, но и по наклонным или вертикальным поверхностям, как это умеет делать геккон. 

К сожалению, захват пока что не годится для массового использования, поскольку не соответствует ряду требований. Он должен быть долговечным - способным поднимать и отпускать предметы сотни тысяч раз, масштабируемым - способным поднимать вещи весом более килограмма. К тому же его стоимость должна быть сравнима со стоимостью других захватов, таких, как привычные зажимы или присоски. 

В разработках принимают участие ученые из Института интеллектуальных систем Макса Планка (Max Planck Institute for Intelligent Systems) в Штутгарте, Германия; из Университета Карнеги-Меллона (Carnegie Mellon University) в Питтсбурге, штат Пенсильвания; из Стэнфордского университета (Stanford University) в Пало-Альто, Калифорния; из Калифорнийского университета (University of California) в Санта-Барбаре. Так что хочется верить, что ученые справятся с решением задач долговечности и масштабируемости в ближайшие годы. 

+ +