Aderência ótima insensível à forma de estruturas fibrilares em escala nanométrica

Lagartos e muitos insetos adotaram estruturas fibrilares em escala nanométrica em seus pés como dispositivos de aderência. Aqui, consideramos a aderência entre uma fibra única e um substrato por interações de van der Waals ou eletrostáticas. Para uma dada área de contato A, a força teórica de descolamento da fibra é sigma(th)A onde sigma(th) é a resistência teórica da aderência. Mostramos que é possível projetar uma forma ótima da ponta da fibra para alcançar a força teórica de descolamento. No entanto, tal projeto tende a ser pouco confiável em escala macroscópica porque a força de descolamento é sensível a pequenas variações na forma da ponta. Descobrimos que um projeto robusto de aderência ótima insensível à forma se torna possível apenas quando o diâmetro da fibra é reduzido para escalas de comprimento da ordem de 100 nm. De modo geral, a aderência ótima poderia ser alcançada por uma combinação de redução de tamanho e otimização da forma. Quanto menor o tamanho, menos importante a forma. Em tamanhos de contato grandes, a aderência ótima ainda poderia ser alcançada se a forma puder ser fabricada com precisão suficientemente alta. O projeto robusto de aderência ótima em escala nanométrica fornece uma explicação plausível para a evolução convergente de sistemas de anexação peludos na biologia.