Tắc kè thách thức trọng lực như thế nào? - Eleanor Nelsen

Xem toàn bộ bài học tại: http://ed.ted.com/lessons/how-do-geckos-defy-gravity-eleanor-nelsen

Tắc kè, tuy có cơ thể không được bao phủ bởi bất kỳ chất dính, lưỡi móc hay giác hút, nhưng vẫn có thể dễ dàng leo lên những bức tường thẳng đứng và treo lơ lửng trên trần nhà. Sao lại như thế được? Eleanor Nelsen lý giải cách mà những chiếc chân phi thường của tắc kè cho phép chúng thách thức trọng lực.

Bài giảng của Eleanor Nelsen, minh họa bởi Marie-Louise Højer Jensen.

Đã là nửa đêm, mọi thứ đều yên ắng,

không gì ngoài tiếng đớp nhẹ nhàng
của một chú tắc kè đang săn nhện.

Tắc kè có vẻ coi thường trọng lực,
nó leo tường, treo lơ lửng trên trần nhà,

mà không cần chút móng vuốt,
keo dán hay mạng nhện siêu dính nào.

Thay vào đó, chúng tận dụng
một nguyên tắc đơn giản:

các điện cực trái dấu thì hút nhau.

Lực hút này giúp hợp chất
gắn kết với nhau, ví dụ như muối ăn,

vốn được cấu thành từ những ion natri
mang điện tích dương

dính với các ion clorua
mang điện tích âm.

Nhưng bàn chân tắc kè
không mang điện tích

và bề mặt mà chúng đi trên cũng vậy.

Vậy điều gì khiến chúng dính với nhau?

Câu trả lời nằm ở sự kết hợp thông minh
của lực liên phân tử và kỹ thuật kết cấu.

Tất cả nguyên tố trong bảng tuần hoàn
tương tác với electron

theo những cách khác nhau.

Các nguyên tố như oxy và flo
rất muốn nhận thêm electron,

các nguyên tố như hydro và lithi
lại không hút electron mạnh mẽ bằng.

"Lòng tham" electron tương đối
của một nguyên tử gọi là độ âm điện.

Các electron luôn chuyển động xung quanh

và có thể dễ dàng rời đến nơi
mà chúng mong muốn nhất.

Thế nên, khi có các nguyên tử với
độ âm điện khác nhau trong cùng phân tử,

đám mây phân tử của electron

được kéo lại gần nguyên tử
có độ âm điện lớn hơn.

Điều này tạo ra một điểm loãng
trong đám mây electron,

nơi có cực dương
từ hạt nhân nguyên tử chạy qua,

đồng thời, xuất hiện tập hợp các electron
tích điện âm ở một nơi khác.

Thế nên, bản thân phân tử
không mang điện,

nhưng lại có các mảng
tích điện dương và âm.

Những điện tích dạng mảng này có thể
thu hút các phân tử lân cận.

Xếp thành hàng,
điểm cực dương của phân tử này

sẽ kề với điểm cực âm
của phân tử khác.

Thậm chí, không cần phải có một nguyên tử
có độ âm điện mạnh

để tạo ra những lực hấp dẫn này.

Các electron luôn luôn di chuyển,

đôi khi, chồng chất tạm thời
tại một điểm.

Điểm tích điện thoáng qua ấy cũng đủ để
hút phân tử lại gần nhau.

Tương tác giữa
các phân tử không mang điện này

được gọi là lực van der Waals.

Chúng không mạnh bằng tương tác
giữa các hạt tích điện,

nhưng sẽ gây tác động đáng kể
nếu có số lượng vừa đủ.

Đây chính là bí mật của tắc kè.

Ngón chân của chúng được độn
những lằn gợn linh hoạt,

bọc trong các cấu trúc
giống như lông nhỏ xíu,

mảnh hơn rất nhiều so với tóc người,
được gọi là tơ (seta).

Mỗi seta được bao bọc bởi những sợi
nhỏ hơn, gọi là spatula.

Hình que nhỏ xíu này
chính là thứ tắc kè cần:

bám dính và thả ra theo ý muốn.

Khi tắc kè mở những ngón chân
linh hoạt trên trần nhà,

spatula được đưa vào góc độ hoàn hảo
để tạo lực van der Waals.

Spatula được đè phẳng,

tạo nhiều bề mặt tiếp xúc
giúp các miếng tích điện âm và dương

tìm các mảng trái dấu tương ứng
trên trần nhà.

Mỗi spatula chỉ đóng góp
một lực dính van der Waals rất nhỏ.

Nhưng một con tắc kè
có khoảng 2 tỉ lực dính như vậy,

tạo tổng lực đủ để
nâng đỡ trọng lượng của nó.

Thực tế, tắc kè có thể treo mình,
đong đưa bằng một ngón duy nhất.

Tuy nhiên, lực siêu dính đó
có thể bị phá vỡ,

chỉ bằng một thay đổi nhỏ về góc độ.

Vì thế, tắc kè
có thể dễ dàng buông mình,

đuổi theo con mồi
hay trốn chạy kẻ thù.

Chiến lược này, sử dụng
khối sợi có hình dạng đặc biệt

để tối đa hóa lực van der Waals
giữa các phân tử

đã truyền cảm hứng
cho ngành vật liệu nhân tạo,

đang cố bắt chước khả năng
bắt dính tuyệt vời của tắc kè.

Các phiên bản này, tuy vẫn chưa
hoàn hảo như bản gốc,

cũng đủ giúp
một người trưởng thành

trèo được 7,62 m trên tường kính.

Vì con mồi, giờ đây, cũng dùng
lực van der Waals để bám lên trần nhà,

tắc kè quyết định thả mình
và cuộc truy đuổi lại tiếp tục.