Выпуски

 / 

2016

 / 

Сентябрь

  

Обзоры актуальных проблем


Биологические микроструктуры с высокой адгезией и трением. Численный подход

 а,  б,  в
а Technische Universität Berlin, St. 17. Juni 135, Berlin, D-10623, Germany
б Донецкий физико-технический ин-т им. А.А. Галкина НАН Украины, Донецк, Украина
в Department Functional Morphology and Biomechanics, Zoological Institute of the University of Kiel, Kiel, Germany

В процессе эволюции многие классы живых существ развили высокоэффективные адгезивные устройства для сцепления с твёрдыми поверхностями, имеющими различную физическую природу и топографию. Знаменитым примером является лапа геккона, однако подобные структуры находят у животных различных размеров и эволюционных линий. В последние десятилетия подобные адгезивные структуры стали объектом интенсивного теоретического и экспериментального исследования, в том числе с целью развития технологий производства искусственных поверхностей с подобными адгезивными свойствами. Представлен обзор исследований биологических структур с высокой адгезией и трением. Особое внимание уделено исследованию одного из классов таких структур: систем с эластичными волокнами, взаимодействующими с шероховатой поверхностью. Обсуждаются также некоторые близкие по структуре системы.

Текст: pdf
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
English fulltext is available at IOP
Ключевые слова: адгезия, трение, ворсистые структуры, градиентные материалы, бионика
PACS: 68.35.Np, 87.10.−e, 87.85.jf (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2016.01.037677
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2016/9/a/
Цитата: Попов В Л, Филиппов А Э, Горб С Н "Биологические микроструктуры с высокой адгезией и трением. Численный подход" УФН 186 913–931 (2016)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 8 ноября 2015, 4 января 2016

English citation: Popov V L, Filippov A E, Gorb S N “Biological microstructures with high adhesion and friction. Numerical approachPhys. Usp. 59 829–845 (2016); DOI: 10.3367/UFNe.2016.01.037677

Список литературы (73) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (9) Похожие статьи (20)

  1. Autumn K et al. Nature 405 681 (2000)
  2. Autumn K Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99 12252 (2002)
  3. Cappella B, Dietler G Surf. Sci. Rep. 34 1 (1999)
  4. Persson B N J J. Chem. Phys. 118 7614 (2003)
  5. Persson B N J et al. J. Phys. Condens. Matter 17 R1 (2005)
  6. Scherge M, Gorb S N Biological Micro- and Nanotribology. Nature's Solutions (Berlin: Springer, 2001)
  7. Sitti M, Fearing R S, Adhes J J. Adhesion Sci. Technol. 17 1055 (2003)
  8. Geim A K et al. Nature Mater. 2 461 (2003)
  9. Northen M T, Turner K L Nanotechnology 16 1159 (2005)
  10. Yurdumakan B et al. Chem. Commun. 2005 3799 (2005)
  11. Persson B N J, Gorb S J. Chem. Phys. 119 11437 (2003)
  12. Campolo D, Jones S D, Fearing R S IEEE Nano August 12—14, 2003, San Francisco
  13. Autumn K et al. J. Exp. Biol. 209 3569 (2006)
  14. Filippov A E, Popov V L Phys. Lett. A 358 309 (2006)
  15. Majidi C et al. Phys. Rev. Lett. 97 076103 (2006)
  16. Filippov A E, Popov V J. Phys. Condens. Matter A 19 096012 (2007)
  17. Gorb S Attachment Devices of Insect Cuticle (Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 2001)
  18. Gorb S N, Beutel R G Naturwissenschaften 88 530 (2001)
  19. Gorb S N et al. Integr. Comp. Biol. 42 1127 (2002)
  20. Creton C, Gorb S N MRS Bull. 32 466 (2007)
  21. Voigt D, Schuppert J M, Dattinger S, Gorb S N J. Insect Physiol. 54 765 (2008)
  22. Hui C Y et al. J. R. Soc. Interface 1 35 (2004)
  23. Varenberg M, Pugno N M, Gorb S N Soft Matter 6 3269 (2010)
  24. Filippov A E, Popov V L, Gorb S N J. Theor. Biol. 276 126 (2011)
  25. Borodich F M, Gorb E V, Gorb S N Appl. Phys. A 100 63 (2010)
  26. Jagota A, Bennison S J Integr. Comp. Biol. 42 1140 (2002)
  27. Spolenak R, Gorb S N, Arzt E Acta Biomater. 1 5 (2005)
  28. Peisker H, Michels J, Gorb S N Nature Commun. 4 1661 (2013)
  29. Weis-Fogh T J. Exp. Biol. 37 889 (1960)
  30. Weis-Fogh T J. Mol. Biol. 3 648 (1961)
  31. Michels J, Gorb S N J. Microsc. 245 1 (2012)
  32. Gorb S, Varenberg M, Peressadko A, Tuma J J. R. Soc. Interface 4 (13) 271 (2007)
  33. Vincent J F V Composites A 33 1311 (2002)
  34. Barbakadze N, Enders S, Gorb S, Arzt E J. Exp. Biol. 209 722 (2006)
  35. Klein M-C, Deuschle J, Gorb S J. Comp. Physiol. A 196 659 (2010)
  36. Wang R Z, Weiner S J. Biomech. 31 135 (1997)
  37. Fong H et al. Mater. Sci. Eng. C 7 119 (2000)
  38. Perez Goodwyn P et al. J. Comp. Physiol. A 192 1233 (2006)
  39. Gorb S N "Smooth attachment devices in insects" Advances in Insect Physiology: Insect Mechanics and Control (Eds J Casas, S J Simpson) (London: Elsevier, 2008) p. 81
  40. Jagota A, Bennison S J Integr. Comp. Biol. 42 1140 (2002)
  41. Hiller U Z. Morphol. Tiere 62 307 (1969)
  42. Huber G, Gorb S N, Spolenak R, Arzt E Biol. Lett. 1 2 (2005)
  43. Arzt E, Gorb S, Spolenak R Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100 10603 (2003)
  44. Schargott M Bioinspir. Biomim. 4 026002 (2009)
  45. Varenberg M, Pugno N M, Gorb S N Soft Matter 6 3269 (2010)
  46. Gao H, Yao H Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101 7851 (2004)
  47. Spolenak R, Gorb S, Arzt E Acta Biomater. 1 5 (2005)
  48. Jagota A, Bennison S J Integr. Comp. Biol. 42 1140 (2002)
  49. Sameoto D, Menon C Smart Mater. Struct. 19 103001 (2010)
  50. Yurdumakan B et al. Chem. Commun. 2005 3799 (2005)
  51. Kim T W, Bhushan B Ultramicroscopy 107 902 (2007)
  52. Bhushan B, Peressadko A G, Kim T W J. Adhes. Sci. Tech. 20 1475 (2006)
  53. Stork N E Zool. J. Linn. Soc. 68 173 (1980)
  54. Stork N E J. Nat. Hist. 17 583 (1983)
  55. Gorb S N Proc. R. Soc. London B 265 747 (1998)
  56. Gorb S N Attachment Devices of Insect Cuticle (Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 2001)
  57. Tian Y et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103 19320 (2006)
  58. Niederegger S, Gorb S N J. Insect Physiol. 49 611 (2003)
  59. Niederegger S, Gorb S N J. Comp. Physiol. A 192 1223 (2006)
  60. Eimüller T, Guttmann P, Gorb S N J. Exp. Biol. 211 1958 (2008)
  61. Kendall K J. Phys. D 8 1449 (1975)
  62. Landau L D, Lifshitz E M Theory of Elasticity 2nd ed. (Oxford: Pergamon Press, 1981)
  63. Popov V L Contact Mechanics and Friction. Physical Principles and Applications (Heidelberg: Springer, 2010)
  64. Schargott M, Popov V, Gorb S J. Theor. Biol. 243 48 (2006)
  65. Huber G et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102 16293 (2005)
  66. Kim S, Aksak B, Sitti M Appl. Phys. Lett. 91 221913 (2007)
  67. Kim S, Sitti M Appl. Phys. Lett. 89 261911 (2006)
  68. Kim S et al. IEEE Nano 08 780 (2008)
  69. Kim T W, Bhushan B J. Adhesion Sci. Technol. 21 1 (2007)
  70. Murphy M P, Aksak B, Sitti M J. Adhesion Sci. Technol. 21 1281 (2007)
  71. Chen B, Wu P D, Gao H J. R. Soc. Interface 6 529 (2009)
  72. Filippov A E, Gorb S N Beilstein J. Nanotechnol. 5 837 (2014)
  73. Filippov A E, Gorb S N Interface Focus 5 20140065 (2015)

© Успехи физических наук, 1918–2020
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение