Команда китайских и американских ученых протестировали существующие теории механизма прыжков у земляных блошек с использованием микрокомпьютерной томографии, 3D-реконструкций, высокоскоростной съемки и диссекции (анатомическое исследование трупов животных).
Исключительный механизм катапультирования блошек может быть применен в конечностях роботов
Жуки блошки из семейства жуков листоедов относятся к гипердиверсальной группе из примерно 9900 видов и встречаются в различных средах по всему миру: от тропических лесов до высокогорных лугов и пустынь. Большинство из них живут, питаются и размножаются на верхней поверхности листьев растений-хозяев, что делает их особенно уязвимыми для хищников, включая птиц, муравьев и пауков. Один из их защитных механизмов – их невероятные навыки прыжков, которые позволяют жукам убежать от приближающегося хищника в одно мгновение.
Аппарат, ответственный за этот исключительный прыжок, спрятан в задних лапах жука и относительно прост. Он содержит только три склеротизированные части и несколько мышц. Тем не менее, на самом деле это высокоэффективная «катапульта», способная перемещать жука на расстояние, в сотни раз превышающее его длину тела. Используя микрокомпьютерную томографию, 3D-реконструкции и данные высокоскоростной съемки, ученые обнаружили, что ускорение во время прыжка может достигать взрывного пика в 8650 м / с2, что в 865 раз превышает ускорение силы тяжести. Пиковая выходная мощность задних лапок жука достигла максимума при 2,24 × 105 Вт / кг (на единицу массы). Это примерно в 450 раз больше, чем у самых быстрых из известных мышц, и в 100-200 раз – у мощного двигателя раллийного автомобиля.
Трехмерные реконструкции выявили два процесса внутри задней лапы, которые усиливают выходную мощность мышц жука и сокращают потери энергии.
Во-первых, мышцы-разгибатели большеберцовой кости и мышцы-сгибатели большеберцовой кости сокращаются одновременно и накапливают энергию упругой деформации внутри бедренной кости (самый длинный сегмент ноги насекомого). Энергия накапливается в склеротизованной структуре, называемой метафеморальной пружиной, в то время как еще две структуры внутри ноги, ранее известные как «треугольная пластина» и «упругая пластина», действуют вместе как триггер для механизма катапульты.
Когда спусковой механизм отпущен, метафеморальная пружина сжимается и преобразует упругую потенциальную энергию в кинетическую энергию, которая позволяет жуку достичь необычайно высокого ускорения. Вместо постепенного ускорения на протяжении всего прыжка, блошиный жук использует «высокоэффективный механизм» в начале, чтобы сохранить колоссальную энергию деформации, которая будет выпущена позже.
Таким образом, блохи избегают мышечной усталости (потери энергии) и улучшают свои прыжковые характеристики до такой степени, что они могут совершать более 30 последовательных прыжков, что было зафиксировано учеными в их лабораторных экспериментах. В природе этот механизм представляет собой приспособление для насекомых избегать хищников, быстро исчезая с поверхности листьев, где они обычно проводят свою жизнь. Фактически, именно этот «взрывной» прыжок, по мнению исследователей, является одним из ключевых признаков, ответственных за высокий эволюционный успех и замечательное разнообразие видов у блох.
В заключение ученые отмечают, что механизм катапультирования прыжков у блошных жуков настолько эффективен и, тем не менее, настолько прост, что может найти отличное применение в робототехнике, а также в инженерных и промышленных установках. В своей исследовательской работе они также предлагают дизайн бионической конечности, вдохновленной изученными жуками.
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Чтобы писать комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
» Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации. Зарегистрируйтесь на портале чтобы оставлять комментарии
Материалы предназначены только для ознакомления и обсуждения. Все права на публикации принадлежат их авторам и первоисточникам. Администрация сайта может не разделять мнения авторов и не несет ответственность за авторские материалы и перепечатку с других сайтов. Ресурс может содержать материалы 16+
