Исторически сложилось так, что достижение высоты всегда было оперативным преимуществом для бойцов, но инструменты для лазания, на которые они часто вынуждены полагаться — такие инструменты, как веревки и лестницы — не достигли значительного прогресса в течение тысячелетий. Использование таких инструментов может быть не только явным и трудоемким, но и допускать только последовательное лазание, в результате чего первый альпинист часто берет на себя самый высокий риск.DARPA разработало программу Z-Man, чтобы преодолеть эти ограничения и обеспечить максимальную безопасность и гибкость для маневра и быстрого реагирования на боевые действия истребителей, действующих в тесных городских условиях.
Цель программы — разработать биологически вдохновленные средства для скалолазания, которые позволят воинам, несущим полную боевую нагрузку, взбираться по вертикальным стенам, построенным из типичных строительных материалов.«Геккон — один из лучших скалолазов в Царстве животных, поэтому для DARPA было естественным искать в нем вдохновение для преодоления некоторых маневренных проблем, с которыми американские войска сталкиваются в городских условиях», — сказал д-р Мэтт Гудман, DARPA. программный менеджер для Z-Man. «Подобно многим возможностям, которые преследует Министерство обороны, мы увидели, что в вертикальном лазании природа давно разработала средства для его эффективного достижения. Задача нашей команды исполнителей заключалась в том, чтобы понять биологию и физику в игре, когда гекконы лазают и затем перепроектировать эту динамику в искусственную систему для использования людьми ».Гекконы могут лазить по самым разным поверхностям, в том числе по гладким поверхностям, таким как стекло, с адгезионным давлением 15-30 фунтов на квадратный дюйм для каждой конечности, что означает, что геккон может повесить все свое тело на одном пальце ноги.
Анатомия пальца геккона состоит из микроскопической иерархической структуры, состоящей из стебельчатых щетинок (длина 100 микрон, радиус 2 микрона). От отдельных щетинок разветвляется пучок из сотен концевых наконечников, называемых лопатками (примерно 200 нанометров в диаметре в самом широком месте), и контактирует с поверхностью лазания.Геккон может взбираться по стеклу, используя физические взаимодействия — в частности, межмолекулярные силы Ван-дер-Ваальса — между шпателем и поверхностью для обратимого сцепления, что приводит к легкому прикреплению и удалению пальцев ног геккона с поверхности.
Механизм Ван-дер-Ваальса подразумевал, что именно размер и форма кончиков шпателя влияют на адгезионные свойства, а не на конкретный химический состав поверхности. Это говорит о том, что существуют принципы дизайна и физические модели, полученные от природы, которые могут позволить ученым изготовить клей, вдохновленный пальцами геккона.Люди, конечно, имеют гораздо больший вес, чем геккон. Одной из первоначальных проблем при разработке устройства для поддержки лазания людей была проблема масштабирования: типичный токайский геккон весит 200 граммов, в то время как средний человеческий мужчина весит 75 килограммов.
Чтобы обеспечить динамическое лазание, подобное геккону, в этом более крупном масштабе, инженеры должны были создать весла для лазания, способные уравновешивать достаточные силы сцепления как в сдвигающем (параллельно вертикальной поверхности), так и в нормальном (перпендикулярном вертикальной поверхности) направлениях. Эта особенность необходима для скалолаза, чтобы он оставался привязанным к поверхности и не падал, при этом прикрепляя и отсоединяя лопасти при каждом движении.
Перед командой Draper Laboratory также стояла задача создать новые технологии микро- и нанообработки для создания микроструктур с высоким соотношением сторон, обнаруженных в пальце ноги геккона. В процессе достижения этой способности исполнители Z-Man изменили фундаментальный дизайн и разработку обратимых клеев для потенциальных биомедицинских, промышленных и потребительских приложений.
Первая демонстрация скалолазания человека произошла в феврале 2012 года, и испытания технологии продолжаются.