Tutkijat jäljittelevät gekon kiinnittymistä seinään

Veikko Sariola katsoo lasin takana terraariossa oksaa kiipeävää gekkoa. Gekot ovat lämpimässä viihtyviä eläimiä, jotka kykenevät hämmästyttävästi kiipeämään seiniä pitkin. Täällä Korkeasaaressakin ne pysähtyvät seinälle pitkiksikin ajoiksi tarkkailemaan ympäristöään – tai vaikka roikkumaan katosta pää alaspäin. Kun gekko väijyy hyönteisiä roikkuen, sen on oikein hyvä olla eikä pieni värinäkään niitä hetkauta.

Sariola on tehnyt tutkimusta Aalto-yliopistossa ja on tänä kesänä siirtynyt Tampereen teknilliseen yliopistoon apulaisprofessoriksi. Häntä kiehtoo nimenomaisesti gekkojen kyky kiinnittyä lähes millaisille pinnoille tahansa. Paitsi että ne voivat tarttua melkein mihin tahansa, ne myös irrottautuvat pinnoilta helposti ja jälkiä jättämättä. Ne eivät käytä kynsiä roikkuakseen pinnan koloista, vaan ne pystyvät kiipeämään täysin sileääkin pintaa pitkin. Ne eivät myöskään eritä tahmeaa limaa, jolla ne liimaisivat itsensä alustaan, vaan jalat ovat kuivia.

Gekon jalka kiinnittyy pintaan kuin pintaan mikro- ja nanokokoisten jalkakarvojen ja niiden säikeiden avulla.
Kuva: Visa Noronen

Jalkakarvoilla kiinni pintaan kuin pintaan

Gekon liikkumisen ja kiinnittymisen salaisuus ovat evoluution varsin poikkeuksellisiksi kehittämät jalkakarvat ja niiden mikro- ja nanokokoiset osat. Mikroskoopilla katsottuna jalkakarvat näyttävät leviävän ulos kuin trumpetit. Tarkemmin katsottuna jokainen trumpetti onkin kuin puu, joka haaroittuu sadoiksi pieniksi nanosäikeiksi. Nuo säikeet pystyvät tarttumaan pintaan kuin pintaan.

Yksittäinen säie on hyvin heikko eikä pitäisi otetta mistään pinnasta, mutta säikeitä on paljon kaikkien karvojen päissä. Yhdessä niiden ote pinnasta kuin pinnasta on niin tiukka, että gekko voi kannatella itseään kokonaan niiden varassa vaikka kokonaan alaspäin roikkuen.

- On arvioitu, että yhden gekon kiinnityspinnoilla pystyisi kannattelemaan vaikka televisiota seinällä, Sariola sanoo.

Karvat eivät edes ole mitään erityisen pehmeää materiaalia vaan pääasiassa melko jäykkää proteiinia. Kiinnityskyky perustuu karvamaiseen muotoon.

Irti pinnoista oikeassa kulmassa

Sariolaa kiehtoo gekon kulkemisessa myös se, että lujan kiinnittymisen lisäksi se pystyy irrottautumaan joka askeleella ilman mitään ongelmia. Gekon salaisuus on siinä, että kaikki karvat menevät samaan suuntaan. Sen kyky tarttua riippuu siitä, mihin suuntaan karvaa vedetään.

- Yhteen suuntaan jalkaa nostaessa karvat lähtevät vaivatta irti. Jos sen sijaan jalkaa vetää toiseen suuntaan, se ei irtoa ja jalka ja pinta pysyvät lujasti kiinni toisissaan, Sariola kertoo.

Apua elektroniikkateollisuuteen

Tutkijoiden mielessä on monta tapaa, miten keinotekoista gekon jalkakarvaa voisi hyödyntää – sitten kun sellaisia opitaan tekemään. Mekaaninen gekonjalka tai pikemminkin nostin, joka jäljittelee gekon jalkaa pintarakenteeltaan, olisi varsin hyödyllinen elektroniikkateollisuudessa. Silloin pieniinkin elektroniikan komponentteihin voisi tarttua ja niitä voisi liikutella jälkiä jättämättä. Jäljettömyys on tärkeää, koska pienikin lika voi sekoittaa osien toiminnan.

Gekon jalkoja jäljittelemällä voisi rakentaa pieniä robotteja, jotka voisivat edetä pinnalla kuin pinnalla. Pienet robotit kiipeäisivät seinää pitkin esimerkiksi tutkimaan pintojen kuntoa paikoista, jonne ihmisen olisi muuten hankala mennä. Tutkijat ovat jopa miettineet, voisiko ihminen kiivetä seiniä Hämähäkkimiehen kaltaisesti, jos gekon jalkakarvaa opittaisiin jäljittelemään.

Gekon jalkapinnan rakennetta matkimalla voitaisiin myös tehdä monta kertaa käytettäviä laastareita, jotka pysyisivät iholla, mutta irtoisivat kivuttomasti, sekä tarranauhoja, joilla tekstiilejä voisi helposti kiinnittää useasti tai kenkiä sitoa kiinni.

Tutkijoiden valmistamassa kiinnityspinnassa näkyy trumpettimaisia osia, jotka muistuttavat gekon jalkakarvoja. Pieniä säikeitä torvimaisten karvojen sisään ei vielä osata tehdä vaan tutkijat työskentelevät valmistustavan kehittämiseksi.

Kuva: Veikko Sariola, otettu Carnegie Mellon -yliopistolla Yhdysvalloissa 31.10.2013

Jalkakarvojen tekeminen vaikeaa

Tutkijoilla on kuitenkin vielä matkaa kuljettavana, ennen kuin gekkojen jalkakarvoja jäljittelemällä voidaan eri ongelmia ratkaista. Tutkijat eivät vielä osaa valmistaa yhtä pieniksi nanosäikeiksi haaroittuvia rakenteita kuin mitä evoluutio on tuottanut gekon jalkakarvojen päähän. Oma haasteensa on myös toistaa näin monimutkaisia rakenteita isolle pinta-alalle. Tutkimus kuitenkin etenee koko ajan, sillä eri puolilla maailmaa nähdään jo selvästi ne hyödyt, mitä me voimme gekkojen jalkakarvan tuntemuksesta saada.

Teksti: Visa Noronen
Kuvat: Visa Noronen ja Veikko Sariola