Salah satu fenomena alam yang paling mudah diperhatikan namun paling sukar dijelaskan kepada kanak-kanak adalah kemampuan labah-labah (dan tokek) untuk berjalan di dinding dan siling tanpa jatuh. Jawapannya bukan daya hisap, bukan bahan pelekat, dan bukan kait kecil — ia adalah fizik kuantum molekul dalam skala nano yang luar biasa.
Kaki labah-labah diliputi dengan bulu-bulu kecil yang dipanggil setae. Pada hujung setiap setae terdapat struktur yang lebih kecil lagi dipanggil spatulae — berbentuk seperti "dayung" kecil yang luasannya sangat nipis. Seekor labah-labah bersaiz sederhana mungkin mempunyai lebih dari 600,000 spatulae pada empat pasang kakinya. Apabila spatulae ini diletakkan dekat dengan permukaan — katakan dinding — jarak antara hujung spatulae dan permukaan menjadi sangat kecil (kurang dari nanometer).
Pada jarak yang sangat kecil ini, daya van der Waals mula berperanan. Daya van der Waals adalah daya tarikan yang berlaku antara mana-mana dua objek yang berada sangat hampir antara satu sama lain, disebabkan oleh turun naik sementara dalam agihan cas elektron dalam atom dan molekul. Walaupun setiap interaksi individu sangat lemah (jauh lebih lemah dari ikatan kimia), apabila terdapat ratusan ribu spatulae yang semuanya bersentuh permukaan serentak, jumlah keseluruhannya mencipta daya lekat yang cukup untuk menahan berat labah-labah bahkan pada siling yang licin.
Keindahan sistem ini adalah reversibilitinya — labah-labah boleh "melekat" dan "melepas" dari permukaan dengan mudah hanya dengan mengubah sudut kakinya. Apabila spatulae sejajar dengan permukaan, mereka melekat. Apabila sudut diubah (seperti mengangkat tumit daripada lantai), kontak dikurangkan dan lekat melemah. Ini membolehkan pergerakan yang pantas tanpa labah-labah "terlekat" kekal.
Penyelidikan dalam biomimetik (meniru reka bentuk biologi) sedang bekerja untuk mencipta bahan sintetik yang meniru prinsip ini. Prototaip "Gecko Glue" — pita pelekat yang terinspirasi dari kaki tokek yang menggunakan prinsip serupa — telah dibangunkan dan boleh melekat pada permukaan tanpa bahan pelekat kimia, boleh digunakan berulang kali, dan berfungsi dalam vakum. Aplikasi yang dicadangkan termasuk robot pemanjat dinding, peralatan perubatan, dan bahkan baju yang akan membolehkan manusia memanjat permukaan seperti Spiderman — walaupun pembuatannya pada skala manusia masih menghadapi cabaran kejuruteraan yang besar.
🔬 Fakta Sains #68: Sains di Sebalik Labah-Labah yang Berjalan di Dinding. Labah-labah tidak menggunakan daya hisap atau bahan pelekat untuk memanjat dinding — mereka menggunakan ribuan bulu-bulu kecil di kaki yang mengeksploitasi daya van der Waals, daya tarikan molekul yang berlaku antara sebarang dua permukaan yang cukup hampir.. Salah satu fenomena alam yang paling mudah diperhatikan namun paling sukar dijelaskan kepada kanak-kanak adalah kemampuan labah-labah dan tokek untuk berjalan di dinding dan siling tanpa jatuh. Jawapannya bukan daya hisap, bukan bahan pelekat, dan bukan kait kecil — ia adalah fizik kuantum molekul dalam skala nano yang luar biasa.
Kaki labah-labah diliputi dengan bulu-bulu kecil yang dipanggil setae. Pada hujung setiap setae terdapat struktur yang lebih kecil lagi dipanggil spatulae — berbentuk seperti "dayung" kecil yang luasannya sangat nipis. Seekor labah-labah bersaiz sederhana mungkin mempunyai lebih dari 600,000 spatulae pada empat pasang kakinya. Apabila spatulae ini diletakkan dekat dengan permukaan — katakan dinding — jarak antara hujung spatulae dan permukaan menjadi sangat kecil kurang dari nanometer .
Pada jarak yang sangat kecil ini, daya van der Waals mula berperanan. Daya van der Waals adalah daya tarikan yang berlaku antara mana-mana dua objek yang berada sangat hampir antara satu sama lain, disebabkan oleh turun naik sementara dalam agihan cas elektron dalam atom dan molekul. Walaupun setiap interaksi individu sangat lemah jauh lebih lemah dari ikatan kimia , apabila terdapat ratusan ribu spatulae yang semuanya bersentuh permukaan serentak, jumlah keseluruhannya mencipta daya lekat yang cukup untuk menahan berat labah-labah bahkan pada siling yang licin.
Keindahan sistem ini adalah reversibilitinya — labah-labah boleh "melekat" dan "melepas" dari permukaan dengan mudah hanya dengan mengubah sudut kakinya. Apabila spatulae sejajar dengan permukaan, mereka melekat. Apabila sudut diubah seperti mengangkat tumit daripada lantai , kontak dikurangkan dan lekat melemah. Ini membolehkan pergerakan yang pantas tanpa labah-labah "terlekat" kekal.
Penyelidikan dalam biomimetik meniru reka bentuk biologi sedang bekerja untuk mencipta bahan sintetik yang meniru prinsip ini. Prototaip "Gecko Glue" — pita pelekat yang terinspirasi dari kaki tokek yang menggunakan prinsip serupa — telah dibangunkan dan boleh melekat pada permukaan tanpa bahan pelekat kimia, boleh digunakan berulang kali, dan berfungsi dalam vakum. Aplikasi yang dicadangkan termasuk robot pemanjat dinding, peralatan perubatan, dan bahkan baju yang akan membolehkan manusia memanjat permukaan seperti Spiderman — walaupun pembuatannya pada skala manusia masih menghadapi cabaran kejuruteraan yang besar.
