黏性-孔隙弹性相互作用作为蛙趾垫产生粘附的机制

蛙的趾垫由柔软的六角形结构以及包含在六角形结构之间和内部的黏性液体组成。已有假说认为，这种构型通过允许长程毛细力，或者通过允许液体排出从而改善趾垫的接触，来产生粘附。在本工作中，我们提出黏度与弹性之间的相互作用作为一种产生临时粘附的机制，即使在缺乏毛细效应或范德华力的情况下也是如此。我们首先用一个由液桥和弹性弹簧连接两个表面的简化构型在实验上阐释这一概念。然后我们利用孔隙弹性混合理论，将蛙趾垫建模为浸没在黏性液体中并压向刚性粗糙表面的弹性多孔介质。表面与趾垫之间的流动由润滑近似建模。忽略惯性，对弹性-黏性动力学的分析得到一个描述多孔介质内流动与应力的控制偏微分方程。给出了该控制方程的几个解，显示出由于固体间接触表面产生的应力而导致的临时粘附。因此，本工作可能解释了某些蛙类（如湍蛙）如何维持水下粘附，以及蛙趾垫在表面粘附过程中周期性重新定位的原因。