Палочники хватки без излишней прилипчивости
Машина, которая попробовала бы соединить проходимость «Беларуси» со скоростью «Формулы-1», не только забавно выглядела бы, но и тащила бы с собой пару разных трансмиссий, подвеску и даже два комплекта колёс — а то и изменяемые колёса!
Короче: чем выше проходимость, тем большее трение создают движители на высоких скоростях, и никак иначе. Насекомым же их конечности позволяют удерживаться на потолке, при этом не заставляя тратить уйму энергии при быстром беге. У нас, увы, нет решительно ничего похожего на такую универсальную эффективность, а неплохо бы иметь...
Учёные из Кембриджского университета (Великобритания) во главе с Дэвидом Лабонтом (David Labonte) попробовали выяснить, как у «букашек» это получается. Действительно, при стоячем положении конечностей способность насекомых удерживаться на поверхности снижается, что избавляет их от излишних энергозатрат по отрыванию лапок. Но за счёт чего?
Как показали эксперименты с обычным палочником, на передней части его лапок есть «ногтевые подушечки» (название условно), которые эффективно прилипают к поверхности. В то же время на «пятках», задней части опорный поверхности лапок, находятся совершенно не прилипающие подушечки из волосков. Кроме того, важно ещё одно: часто конечности нужны насекомым, чтобы схватить что-то, но без «приклеивания» к этому чему-то. В таких случаях большое трение реализуется при совсем уж малом давлении — благо на конечность не давит тяжесть всего тела насекомого, как при передвижении.
Чтобы обеспечить такое трение, и «ногтевые», и «пяточные» подушечки имеют слегка округлую форму, то есть в самом начале контакта лишь малая их часть соприкасается с поверхностью, а при малейшем нажатии площадь контактного пятна резко растёт. К тому же округлой является форма кончика каждого из волосков на лапках насекомых — они похожи на резиновый мячик, нажатие на который «расплющивает» кончик волоска, что весомо увеличивает площадь контакта с захватываемым предметом.
Наконец, часть волосков короче других, и при дальнейшем увеличении давления они начинают сгибаться, входя в контакт с волосками-соседями, создавая боковые контактирующие структуры и увеличивая интенсивность контакта, несмотря на то что начало такого сгибания требует приложения очень малой силы.
В отличие от «прилипчивых» волосков на лапах гекконов, такие волоски на удерживающих конечностях лишены совершенно плоских концов, кои сразу добиваются максимальной степени контакта, далее не увеличивая её при наращивании усилия. Если бы так были устроены и «хватательные» волоски, регулировать силу нажатия было бы почти невозможно.
«Мы исследуем этих насекомых, чтобы понять их как биологические системы, но уроки природы, подобные этому, могут быть полезны и как источник вдохновения для устройств, применяемых человеком», — считает Дэвид Лабонт. Материалы, имитирующие волоски на лапках насекомых, пошли бы «на ура» в кроссовках, которым тоже неплохо бы сочетать в себе такие качества, как минимальное сопротивлению движению и отсутствие тенденции к скольжению.
«Палочники прекрасно научились преодолевать конфликт между способностью прикрепляться к поверхности и умением двигаться по ней свободно, вооружившись системой из двух типов подушечек, кои позволяют им переключаться с режима прилипания на режим захвата в зависимости от ситуации», — резюмирует учёный.
Отчёт об исследовании опубликован в Journal of the Royal Society Interface.