Image de microscopie électronique à balayage (MEB) des bases du prétarse (c'est-à-dire, sur la partie inférieure de la jambe) poils adhésifs. (A) Sur la gauche se trouvent les tiges capillaires des poils adhésifs les plus proches de l'exosquelette. A leur insertion, la tige du cheveu s'amincit et une structure en forme de bouchon sur l'exosquelette se rencontre et s'y attache. (b) Grossissement supplémentaire de la même région :l'astérisque marque le point de pivot où les cheveux peuvent se plier vers le haut. Distal vs proximal signifie ici loin de vs vers la griffe sur le bout de la jambe. Crédit :B Poerschke, SN Gorb et F Schaber
Comment les araignées marchent-elles directement vers le haut, et même à l'envers, sur autant de types de surfaces différents ? Répondre à cette question pourrait ouvrir de nouvelles opportunités pour créer de puissants, mais réversible, adhésifs bio-inspirés. Les scientifiques s'efforcent de mieux comprendre les pieds d'araignée depuis plusieurs décennies. Maintenant, une nouvelle étude en Frontières en génie mécanique est le premier à montrer que les caractéristiques des structures ressemblant à des cheveux qui forment les pieds adhésifs d'une espèce, l'araignée errante Cupiennius salei -sont plus variables qu'on ne le pensait auparavant.
« Quand nous avons commencé les expériences, nous nous attendions à trouver un angle spécifique de meilleure adhérence et des propriétés adhésives similaires pour tous les poils de fixation individuels, " dit le chef de groupe de l'étude, Dr Clemens Schaber de l'Université de Kiel en Allemagne. "Mais étonnamment, les forces d'adhérence différaient largement entre les cheveux individuels, par exemple. un cheveu adhérait mieux à un angle faible avec le substrat tandis que l'autre s'est mieux comporté près de la perpendiculaire."
Les pattes de cette espèce d'araignée sont composées de près de 2, 400 poils minuscules ou « soies » (un centième de millimètre d'épaisseur). Schaber, et ses collègues Bastian Poerschke et Stanislav Gorb, collecté un échantillon de ces poils, puis mesuré leur degré d'adhérence à une gamme de surfaces rugueuses et lisses, y compris le verre. Ils ont également examiné les performances des poils à différents angles de contact.
Différents types de cheveux travaillent ensemble
De façon inattendue, chaque cheveu a montré des propriétés adhésives uniques. Lorsque l'équipe a examiné les poils sous un microscope puissant, ils ont également constaté que chacun montrait des arrangements structurels clairement différents – et auparavant non reconnus. L'équipe pense que cette variété peut être la clé de la façon dont les araignées peuvent escalader autant de types de surface.
Images SEM de la microstructure des poils adhésifs (« soies »). (A) Vue latérale montrant la tige du cheveu jusqu'à 1,8 mm de long (non illustrée sur toute sa longueur) et la région de la pointe recouverte de «microtrichia» (structures minuscules ressemblant à des cheveux sur les poils proprement dits). (B) Vue de dessus du « coussin de la scopule » (une touffe de poils dense) sur la face inférieure du prétarse. Des microtriches en forme de spatule recouvrent la pointe des poils, qui collent au substrat lors de la marche. (C) Image à plus fort grossissement des microtriches en forme de spatule. Crédit :B Poerschke, SN Gorb et F Schaber
Ce travail actuel n'a étudié qu'un petit nombre des milliers de poils de chaque pied, et il est au-delà de la portée des ressources existantes d'envisager de toutes les étudier. Mais l'équipe s'attend à ce que tous les cheveux ne soient pas uniques, et qu'il pourrait être possible de trouver des grappes ou des motifs répétitifs à la place.
(A) Surface tournée vers le bas de la touffe de poils autour des griffes sur le prétarse (des astérisques blancs marquent les deux lobes de la touffe de poils), qui se compose de milliers de cheveux densément emballés. Les flèches désignent les deux griffes. (B) Vue latérale de la touffe de cheveux sur le prétarse collée à une lame de verre. (C) Vue agrandie du rectangle dans le deuxième panneau. Notez comment les pointes des cheveux se sont pliées. Crédit :B Poerschke, SN Gorb et F Schaber
Applications bioinspirées possibles
« Bien qu'il soit encore très difficile de fabriquer des nanostructures comme celles de l'araignée - et surtout d'atteindre la stabilité et la fiabilité des matériaux naturels - nos résultats peuvent optimiser davantage les modèles existants pour les adhésifs artificiels réversibles et sans résidus, " dit Schaber. " Le principe de différentes formes et alignements de contacts adhésifs que l'on trouve dans le système de fixation d'araignée peut améliorer la capacité de fixation des matériaux bioinspirés à une large gamme de substrats avec des propriétés différentes. "
