昆虫は、科学ではアロリウムとして知られる柔らかい「粘着性」のクッションを介して付着します。足の甲の爪の間にあります。柔らかい表面への接着は、アロリウムと基板の間にあるウエハース状の液体の薄膜によって引き起こされます。動物たちは濡れた紙のように窓ガラスに張り付きます。
最近米国バークレーの「カリフォルニア大学」で研究している動物学者ウォルター・フェダーレ氏は、ヴュルツブルク大学の同僚バート・ヘルドブラー氏とともに、国際研究で昆虫の接着構造の細かい運動能力を研究した。 。研究の対象となったのは、非常に大きな接着パッドを持つアジアのハサミアリとミツバチです。彼らは、昆虫がどのように「足裏」を動かし、それによって付着を制御するかを示したかったのです。これを行うために、彼らは実験動物にガラス板の上を歩かせ、高速ビデオ録画を撮りました。アロリウムの動きを観察するために、プラスチックの上を歩いているアリを衝撃凍結させました。
アロリウムの動きは爪の伸縮と密接に関係しています。まず、爪が表面に触れて購入を見つけようとします。表面が非常に柔らかい場合や滑りやすい場合は、滑って引き戻されてしまいます。次に、弾性アロリウムが展開し、接着パッドのグランドを生成する流体がポンプで汲み上げられます。膨らんだクッションが爪の間からはみ出し、その上に置くことができます。微細な液膜が床面に確実に密着します。次のステップの前に、その外皮は反動によって空になり、再び折り畳まれます。今度は昆虫が再び爪を伸ばし、足が地面から離れます。プロセス全体は 10 分の 1 秒、さらには 100 分の 1 秒かかり、各ステップで繰り返されます。アロリウムは速射砲のように伸縮します。したがって、昆虫の接着器官は、たとえばヤモリよりもはるかに動的です。この「スティッキートゥ」はトカゲのようなもので、歩くたびに剥がれてしまう硬い足裏を持っています。液体の膜を作るのではなく、ブラシのように並んだ細い毛を通して付着します。
テュービンゲン マックス プランク発生生物学研究所は、驚くべきジャンプ能力を持つ在来の葉バッタである「グリーン ヘイ ホース」の足裏の滑り抵抗と接着力を測定しました。スタニスラフ・ゴーブ率いる「生物学的マイクロトライボロジー」グループは、2 年以上にわたってこの分野を研究してきました。トライボロジーは実際には物理技術分野、つまり摩擦、摩耗、潤滑の科学です。しかし、昆虫の接着器官は興味深い研究の機会も提供します。アロリウムの構造と機能を決定するために、テュービンゲンの研究者は、接着パッドの特性を決定する測定ヘッドなど、さまざまな測定機器を構築しました。これはイルメナウ工科大学との緊密な協力のもとに建設されました。昆虫を支持体に固定した後、その足を測定ヘッドに接触させます。このようにして、研究者は摩擦と付着によって及ぼされる力を決定します。
「昆虫カルーセル」（軸を中心に垂直に回転するシリンダー）は、滑り抵抗とさまざまな表面への昆虫の付着を決定します。科学者は試験対象物を円筒の垂直面または水平面に置きます。 「カルーセル」は、昆虫が測定装置から投げ飛ばされるまで、ますます速く回転します。研究者らは、円筒の速度、昆虫の重量、回転軸からの距離から投げられたときの遠心力を計算した。この値は、昆虫が水平面に座っていた場合の摩擦力、垂直面から投げ飛ばされた場合の付着力に相当します。表面の影響を評価できるようにするために、専門家は「カルーセル」をサンドペーパーやガラス板などのさまざまな素材で覆います。この研究によると、小さくて軽い昆虫は、大きくて重い標本よりもよく付着します。保持力は、ガラス板などの滑らかな表面では特に高く、粗い表面では非常に低くなります。これは靴底の微細構造によるものだと生物学者のスタニスラフ・ゴーブ氏は説明する。接着パッドの構造が基材の構造と一致しない場合、接着能力は低下します。
現在までのところ、昆虫の接着システムの特性を実現できる技術的な装置はありません。小さくて機敏なこの動物は、さまざまな表面にすぐに適応する接着器官を持ち、単純な運動メカニズムを持っています。粘着接触部は安定しており、すぐに剥がすことができます。したがって、この発見は、医療処置における可動ミニロボットなどの新しい技術設計の開発の推進力となる可能性がある、とウォルター・フェダーレ氏は言う。
