Почему таракана трудно раздавить
Особенно часто такой вопрос возникает при виде пчёл, ос, мух, бабочек: они ведь то и дело на что-то натыкаются – на листья, на стебли, на стены, постоянно бьются в стекло, пытаясь найти выход из дома – но никакого вреда подобные столкновения им, похоже, не несут.
Секрет насекомых (и, очевидно, прочих членистоногих) – в особых свойствах их экзоскелета, описанных исследователями из Калифорнийского университета в Беркли в статье в PNAS. Каушик Джаярам (Kaushik Jayaram) и Роберт Фулл (Robert Full), экспериментируя с тараканами Periplaneta americana, обнаружили, что при высоте тела в 9 мм они способны протиснуться в щель размером всего 3 мм.
Сначала насекомые ощупывают дыру антеннами, затем пропихивают в неё голову и передние лапы, а потом начинается самое интересное – их туловище сплющивается настолько, что легко может пройти в отверстие, которое намного меньше самого таракана; вся процедура занимает менее двух секунд, то есть никаких длительных усилий тут не требуется. Похожий фокус способны проделывать только осьминоги (с поправкой, конечно, на разницу в размерах между ними и тараканами), но заметим – у осьминогов вообще нет никакого жёсткого скелета, ни внешнего, ни внутреннего. А у тараканов есть.
Хитрость в том, что покровы членистоногих одновременно и твёрдые, и мягкие, их экзоскелет состоит из пластин, соединённых эластичными мембранами – такое соединение позволяет им заходить друг на друга при сдавливании. Кроме того, гибкость самих пластин позволяет им, сгибаясь, не ломаться, а передавать энергию деформации к ногам, ноги же, хотя и оказываются при сплющивании вывернутыми, всё же двигают насекомое вперёд – на их голенях сидят шипики, которые позволяют отталкиваться от поверхности. Грубо говоря, таракана можно легко сплющить, но поэтому же его и трудно раздавить.
Повторим, что тараканы тут не есть нечто исключительное – месяц назад на конференции Общества интегративной и сравнительной биологии исследователи из Гарварда сделали доклад про пчёл и ос, в котором также говорилось про твёрдость и упругость их экзоскелета. В частности, выяснилось, что при столкновении в полёте с каким-нибудь препятствием тело пчёлы или осы срабатывает, как пружина, так что насекомое отскакивает обратно; удар при этом, разумеется, смягчается. А в их крыльях есть «заплатки» из эластичного белка резилина, который тоже может «пружинить», тем самым защищая крылья от механических повреждений. (У шмелей же, в отличие от ос и пчёл, всё устроено несколько иначе – сосуды в крыльях шмеля сидят близко к телу, и потому концы крыльев могут свободно гнуться в столкновениях с чем-то твёрдым.)
Очевидно, такой «твёрдо-гибкий» скелет был бы весьма востребован в робототехнике. Каушик Джаярам решил не откладывать дело в долгий ящик и сам собрал робота высотой всего 75 мм – по форме «тела» и из-за скелетных пластин он был похож на мокрицу. Робот мог ходить (или ползать?), причём его ноги были устроены по типу тараканьих, то есть могли отталкиваться от пола, даже будучи вывернутыми. Его можно было сплющить так, что высота его уменьшалась вдвое, и он продолжал ползти вперёд, причём скорость его в 5-10 раз превышала скорость мягких роботов, которых разрабатывают для работы в сложных условиях и которые устройством своим копируют того же осьминога. (Видео с тараканами и «твёрдо-мягким» роботом можно посмотреть здесь.) Осталось только приделать к нему крылья – как признают сами исследователи, создать искусственный аналог осиных-пчелиных крыльев будет довольно сложно, однако первые испытания «Робошмеля» запланированы уже на эту весну.