How do geckos defy gravity? - Eleanor Nelsen

ตุ๊กแกต้านแรงโน้มถ่วงได้อย่างไร - เอลีนอร์ เนลเซน (Eleanor Nelsen)

Translator: Waritsara Jitmun Reviewer: Kelwalin Dhanasarnsombut

It's midnight and all is still,

ในคืนที่เงียบสงัด และทุกสิ่งหยุดเคลื่อนไหว

เว้นแต่การเคลื่อนไหวอย่างปราดเปรียว ของตุ๊กแกเพื่อไล่จับแมงมุม

except for the soft skittering of a gecko hunting a spider.

Geckos seem to defy gravity,

ตุ๊กแกดูเหมือนเป็นสัตว์ ที่ชอบท้าทายอำนาจแรงโน้มถ่วง

scaling vertical surfaces

สามารถเกาะผนังในแนวดิ่งได้

and walking upside down without claws,

แล้วก็เดินตีลังกาได้ โดยไม่ต้องมีกรงเล็บ

adhesive glues or super-powered spiderwebs.

กาว หรือใยแมงมุมเหนียวหนึบเข้าช่วย

จริง ๆ แล้วพวกมันใช้หลักการง่าย ๆ

Instead, they take advantage of a simple principle:

นั่นคือ การดึงดูดเข้าหากัน ของประจุบวกและลบ

that positive and negative charges attract.

That attraction binds together compounds, like table salt,

การดึงดูดนั้นทำให้เกิดพันธะยึดเหนี่ยวสารประกอบเข้าด้วยกัน เช่น ในเกลือแกง

which is made of positively charged sodium ions

ซึ่งประกอบไปด้วยไอออนของโซเดียม ที่มีประจุเป็นบวก

stuck to negatively charged chloride ions.

ยึดติดอยู่กับไอออนของคลอไรด์ ที่มีประจุเป็นลบ

แต่ที่เท้าของตุ๊กแกไม่มีประจุ

But a gecko's feet aren't charged

and neither are the surfaces they're walking on.

พื้นผิวที่มันเดินก็ไม่มีประจุเช่นกัน

แล้วอะไรล่ะ ที่ทำให้เท้าของมัน ยึดติดกับพื้นผิวต่าง ๆ ได้

So, what makes them stick?

The answer lies in a clever combination of intermolecular forces

คำตอบคือ แรงที่เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุล

and stuctural engineering.

และวิศวกรรมทางโครงสร้าง

All the elements in the periodic table have a different affinity for electrons.

ทุกธาตุในตารางธาตุมีความสามารถ ในการดึงดูดอิเล็กตรอนได้ต่างกัน

ออกซิเจน และ ฟลูออรีน เป็นธาตุทีต้องการดึงดูดอิเล็กตรอนมาก

Elements like oxygen and fluorine really, really want electrons,

while elements like hydrogen and lithium don't attract them as strongly.

ขณะที่ ไฮโดรเจน และ ลิเธียม กลับไม่ สามารถดึงดูดอิเล็กตรอนได้แรงเท่า

An atom's relative greed for electrons is called its electronegativity.

ความต้องการอิเล็กตรอนสัมพัทธ์นึ้ เรียกว่า "ความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอน"

Electrons are moving around all the time

อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ตลอดเวลา

และพวกมันสามารถย้ายไปตำแหน่งใหม่ ที่ต้องการมากที่สุดได้อย่างง่าย ๆ

and can easily relocate to wherever they're wanted most.

So when there are atoms with different electronegativities in the same molecule,

ฉะนั้น ในโมเลกุลที่มีอะตอมที่มี ความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนต่างกัน

the molecules cloud of electrons

กลุ่มหมอกอิเล็กตรอนในแต่ละโมเลกุล

gets pulled towards the more electronegative atom.

จะถูกดึงดูดโดยอะตอมที่มีความสามารถ ในการดึงดูดอิเล็กตรอนได้สูงกกว่า

That creates a thin spot in the electron cloud

ทำให้เกิดเป็นจุดบาง ๆ ขึ้น ในกลุ่มหมอกอิเล็กตรอน

where positive charge from the atomic nuclei shines through,

ซึ่งนิวเคลียสประจุบวกของอะตอม ทะลุผ่านได้

as well as a negatively charged lump of electrons somewhere else.

เช่นเดียวกันกับกลุ่มประจุลบ ของอิเล็กตรอนในที่อื่น ๆ

So the molecule itself isn't charged,

ดังนั้น โมเลกุลเองไม่ได้มีประจุ

but it does have positively and negatively charged patches.

แต่มันมีบริเวณที่มีประจุบวกและลบ

บริเวณประจุเหล่านี้สามารถดึงดูด โมเลกุลข้างเคียงเข้ามาหากันและกันได้

These patchy charges can attract neighboring molecules to each other.

They'll line up so that the positive spots on one

พวกมันจะจัดเรียงตัว เพื่อที่บริเวณ ประจุบวกของโมเลกุลหนึ่ง

are next to the negative spots on the other.

จะอยู่ต่อกันกับบริเวณประจุลบ ของโมเลกุลถัดไป

There doesn't even have to be a strongly electronegative atom

ไม่ใช่แค่อะตอมที่มีความสามารถ ในการดึงดูดอิเล็กตรอนได้สูงเท่านั้น

to create these attractive forces.

ที่จะสามารถสร้างแรงดูดเหล่านี้ได้

Electrons are always on the move,

อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ตลอดเวลา

และบางครั้ง พวกมันก็รวมตัวกัน เป็นกลุ่มในบางจุดแบบชั่วคราว

and sometimes they pile up temporarily in one spot.

That flicker of charge is enough to attract molecules to each other.

การกระตุกเพียงเล็กน้อยของประจุ ก็เพียงพอที่จะทำให้โมเกุลถูกดึงดูดเข้าหากัน

Such interactions between uncharged molecules

ปฎิสัมพันธ์ดังกล่าวที่เกิดขึ้น ระหว่างโมเลกุลที่ไม่มีประจุนี้

are called van der Waals forces.

เรียกว่า แรงแวนเดอร์วาลส์ (Van der Waals)

They're not as strong as the interactions between charged particles,

พวกมันแข็งแรงน้อยกว่าแรงที่เกิดจาก ปฎิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคที่มีประจุ

but if you have enough of them, they can really add up.

แต่ถ้ามีพวกมันมากพอ พวกมันก็สามารถผสานพลังเข้าด้วยกันได้

That's the gecko's secret.

และนี่เองคือความลับของเจ้าตุ๊กแก

ที่นิ้วเท้าของตุ๊กแก มีแผงของแนวสันที่ยืดหยุ่นได้

Gecko toes are padded with flexible ridges.

Those ridges are covered in tiny hair-like structures,

แนวสันเหล่านั้นปกคลุมไปด้วย สิ่งที่มีโครงสร้างคล้ายขนขนาดจิ๋ว

much thinner than human hair, called setae.

ที่บางกว่าขนของเรามาก เรียกว่า "เดือย" (Setae)

And each of the setae is covered in even tinier bristles called spatulae.

แต่ละเดือยปกคลุมไปด้วยขนที่ยิ่งเล็ก และบางกว่า ที่เรียกว่า "ไม้พาย" (spatulae)

Their tiny spatula-like shape is perfect for what the gecko needs them to do:

โครงสร้างที่คล้ายไม้พายเล็ก ๆ นี้ เหมาะต่อสิ่งที่ตุ๊กแกต้องการ

stick and release on command.

ซึ่งก็คือ การติดหนึบ และปล่อยเท้าออกได้ดังใจ

When the gecko unfurls its flexible toes onto the ceiling,

เมื่อตุ๊กแกกางนิ้วเท้ายืดหยุ่นของมัน บนพื้นเพดาน

the spatulae hit at the perfect angle for the van der Waals force to engage.

ขนที่คล้ายไม้พายนี้ จะอยู่ในมุมที่พอดี ต่อการเกิดแรงเแวนเดอร์วาลส์

จากนั้นมันจะแผ่ขยายออก

The spatulae flatten,

creating lots of surface area for their positively

ทำให้มีพื้นที่ผิวเพิ่มขึ้น เพื่อบริเวณที่มีประจุบวก

and negatively charged patches to find complimentary patches on the ceiling.

และประจุลบจะดูดประจุที่เข้ากันได้ บนพื้นผิวของเพดาน

ขนไม้พายแต่ละเส้นนั้นทำให้เกิด แรงเแวนเดอร์วาลส์ในปริมาณต่ำ

Each spatula only contributes a minuscule amount of that van der Waals stickiness.

But a gecko has about two billion of them,

แต่ที่เท้าของตุ๊กแกมีเจ้าขนนี้ ตั้งประมาณสองพันล้านเส้น

creating enough combined force to support its weight.

เมื่อรวมกันจึงเกิดแรงดึงดูด ที่สามารถรับน้ำหนักตัวของตุ๊กแกได้

In fact, the whole gecko could dangle from a single one of its toes.

อันที่จริง ตุ๊กแกสามารถห้อยตัวอยู่ได้ โดยใช้นิ้วเท้าเพียงนิ้วเดียว

That super stickiness can be broken, though,

สุดยอดความเหนียวหนึบนั้น สามารถถูกทำลายได้

by changing the angle just a little bit.

เพียงขยับเปลี่ยนมุมที่เกาะไปแค่เล็กน้อย

So, the gecko can peel its foot back off,

ดังนั้น ตุ๊กแกจึงดึงเท้าออกได้

scurrying towards a meal or away from a predator.

และเคลื่อนที่อย่างว่องไว้ เพื่อไล่จับอาหารหรือเผ่นหนีสัตว์นักล่า

This strategy, using a forest of specially shaped bristles

หลักการนี้ ที่อาศัยขนรูปร่างเฉพาะ จำนวนมหาศาล

to maximize the van der Waals forces between ordinary molecules

เพื่อทำให้เกิดแรงเแวนเดอร์วาลส์สูงสุด ระหว่างโมเลกุลธรรมดา ๆ

has inspired man-made materials

ได้สร้างแรงบันดาลใจ ให้กับสิ่งประดิษฐ์ของเรา

designed to imitate the gecko's amazing adhesive ability.

ที่ถูกออกแบบเพื่อเลียนแบบความสามารถ การติดหนึบอันน่าพิศวงของเจ้าตุ๊กแก

Artificial versions aren't as strong as gecko toes quite yet,

แม้ว่าสิ่งประดิษฐ์เลียนแบบนี้ ยังไม่ สามารถยึดเกาะได้ดีเท่านิ้วเท้าของตุ๊กแก

but they're good enough to allow a full-grown man

แต่มันก็ดีพอ ที่จะทำให้ชายฉกรรจ์คนหนึ่ง

to climb 25 feet up a glass wall.

สามารถไต่ขึ้นไปบนกระจก ของตึกสูง 25 ชั้นได้

In fact, our gecko's prey is also using van der Waals forces

อันที่จริง เหยื่อของตุ๊กแก ก็ใช้แรงเแวนเดอร์วาลส์เช่นกัน

to stick to the ceiling.

เพื่อพยายามยึดเกาะเพดาน

So, the gecko peels up its toes and the chase is back on.

ดังนั้น เจ้าตุ๊กแกจึงขยับเท้า และการไล่ล่าก็เกิดขึ้นต่อไป