La découverte d’étranges poils d’araignée a peut-être inspiré des adhésifs puissants – mais réversibles –

Image en microscopie électronique à balayage (MEB) des bases adhésives des cheveux avant le pied (c’est-à-dire dans la partie inférieure de la tige). (A) Sur la gauche se trouvent les tiges de poils de filaments collants les plus proches de l’exosquelette. Lorsqu’elle est insérée, la tige du cheveu devient plus fine et rencontre et adhère à une structure en forme de bouchon sur l’exosquelette. (b) Grossissement supplémentaire de la même zone : l’astérisque indique le point focal où les cheveux peuvent se courber vers le haut. Distal versus proximal signifie ici s’éloigner de l’opposé de la griffe sur le bout de la tige. Crédit : B Poerschke, S. N. Gorb et F Schaber

Les ingénieurs ont admiré la grande polyvalence fonctionnelle des poils des pattes de l’araignée.

Comment les araignées marchent-elles directement – et même à l’envers – sur différents types de surfaces ? La réponse à cette question pourrait ouvrir de nouvelles opportunités pour créer des adhésifs forts, mais réversibles, d’inspiration biologique. Les scientifiques ont travaillé pour mieux comprendre les pieds d’araignée au cours des dernières décennies. Maintenant, une nouvelle étude en Frontières en génie mécanique Il a été le premier à montrer que les propriétés des structures ressemblant à des cheveux qui composent les pattes collantes d’une espèce – l’araignée errante Copenius Sally Plus diversifié qu’on ne le pensait auparavant.

conseils pour les cheveux d'araignée

Images SEM de la microstructure des poils collants (« soies »). (a) Vue latérale montrant la tige du cheveu jusqu’à 1,8 mm de longueur (non illustrée sur toute sa longueur) et la zone de la pointe recouverte de «micropoils» (structures en forme de micropoils sur les poils appropriés). (b) Vue de dessus de la « scopole pad » (une épaisse touffe de poils) sur le dessous des nouveau-nés prématurés. La zone de la pointe est recouverte de poils fins en forme de cuillère qui collent au substrat en marchant. (C) Image à plus fort grossissement d’une tranche de micro-cheveux en forme de cuillère. Crédit : B Poerschke, S. N. Gorb et F Schaber

« Lorsque nous avons commencé les expériences, nous nous attendions à trouver un angle spécifique de meilleure adhérence et des propriétés adhésives similaires pour tous les filaments de fixation individuels », a déclaré le chef du groupe d’étude, le Dr Clemens Schaper de l’Université de Kiel en Allemagne. « Mais étonnamment, les forces d’adhérence différaient considérablement d’un cheveu à l’autre, par exemple, un cheveu adhère mieux à un angle faible au substrat tandis que l’autre cheveu proche de la verticale fonctionne mieux. »

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Les pattes de cette espèce d’araignée sont constituées d’environ 2 400 poils minuscules, ou « poils » (un centième de millimètre). Schaper et ses collègues Bastian Borschke et Stanislav Sock ont ​​collecté un échantillon de ces poils et ont ensuite mesuré leur degré d’adhérence à une gamme de surfaces rugueuses et lisses, y compris le verre. Ils ont également examiné les performances des cheveux sous différents angles de contact.

Différents types de cheveux fonctionnent ensemble

De manière inattendue, chaque cheveu présentait des propriétés adhésives uniques. Lorsque l’équipe a examiné les poils sous un microscope puissant, ils ont également constaté que chacun présentait des dispositions squelettiques différentes – et auparavant non reconnues. L’équipe pense que cette diversité peut être la clé de la façon dont les araignées grimpent sur de nombreux types de surfaces.

Ce présent travail n’a examiné qu’un petit nombre des milliers de cheveux sur chaque pied, et dépasse la portée des ressources disponibles pour envisager de les étudier tous. Mais l’équipe s’attend à ce que tous les poils ne soient pas uniques et qu’il soit possible de trouver des groupes ou des motifs répétitifs à la place.

Des applications bioinspirées sont possibles

« Bien que des nanostructures telles que celles d’une araignée soient encore très difficiles à fabriquer – en particulier pour la stabilité et la fiabilité des matériaux naturels – nos découvertes pourraient encore améliorer les modèles existants d’adhésifs synthétiques réversibles et sans résidus », a déclaré Schaper « . « Le principe des différentes formes et l’alignement des contacts adhésifs que l’on trouve dans le système de fixation d’araignées peut améliorer la capacité de fixation des matériaux d’inspiration biologique à une large gamme de substrats aux propriétés différentes. »

Micrographies de poils d'araignée

(a) La surface orientée vers le bas de la mèche de cheveux autour des griffes des nouveau-nés prématurés (les astérisques blancs indiquent deux lobes de la mèche de cheveux), qui est composée de milliers de poils densément emballés. Les flèches indiquent la griffe. (B) Vue latérale d’une touffe de poils sur une touffe attachée à une lame de verre. (C) Vue agrandie du rectangle dans le deuxième panneau. Remarquez comment les extrémités des cheveux se sont pliées. Crédit : B Poerschke, S. N. Gorb et F Schaber

Référence : « Adhésion of the single elbow group of the spider Copnius sally to substrats of different rugosité et different surface energy » Par Bastian Borschke, Stanislav N. Gorbe et Clemens F. Schapir, 11 juin 2021 Frontières en génie mécanique.
DOI : 10.3389 / fmech.2021.702297

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