Биологи Роберт Фулл (Robert Full) и аспирант Каушик Яаяарам (Kaushik Jayaram) из Университета Калифорнии обнаружили, что тараканы — которых они всячески давили —выдерживают сильное сжатие благодаря конструкции своего экзоскелета. Используя свое открытие, ученые построили робота. Результаты исследования они опубликовали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, пишет Science.
В опытах участвовали 9-миллиметровые тараканы вида Periplaneta americana. Ученые заставляли тараканов передвигаться по очень узким щелям и тоннелям, придавливали разные части их тела весом до 100 грамм, чтобы посмотреть, как они раздавливаются. Мучения насекомых снимали на высокоскоростную видеокамеру. Камера следила, как насекомое приближается к щели не более трех миллиметров шириной. Сначала оно ощупывает отверстие своими антеннами, затем просовывает голову внутрь вместе с передними ногами и начинает подтягивать туда все тело. Задние ноги расставляются, но продолжают толкать тело. Через секунду таракан появляется на другом конце щели невредимым.
Авторы работы выяснили, что секрет живучести тараканов кроется в их экзоскелете, который способен эффективно передавать энергию на ноги. Экзоскелет состоит из пластинок и опутан эластичными мембранами, которые позволяют пластинкам сдвигаться, когда тело сдавливается. На ногах таракана есть шипы, благодаря которым образуется сцепление. Даже при максимальном сдавливании, когда ноги широко расставлены, тараканы могут бегать.
Об аналогичном исследовании рассказал на встрече Общества интегративной и сравнительной биологии в прошлом месяце Андрю Маунткастл (Andrew Mountcastle) из Гарварда. Он выяснил, что крылья ос сгибаются во время столкновения с препятствием и затем возвращаются в начальное состояние. В крыльях содержится большой лоскут эластичного белка резилина, который занимает примерно 65% низа крыла. Возможно, он служит как шарнир.
Ученые решили воплотить свои открытия в жизнь и сделали роботов. Яаяарам сконструировал 75-миллиметрового робота под названием CRAM с экзоскелетом и шипастыми ногами, которые работают так же, как у живого таракана, в сдавленном и обычном состоянии. Робота можно сжать на половину высоты, и он все равно будет двигаться в 5-10 раз быстрее, чем мягкий робот. В свою очередь, Маунткастл создал летающего робота Robobee. Весной его будут испытывать.
Способность тараканов проникать через узкие щели удивительная. Мало кто из других живых существ способен на такое, за исключением разве что осьминога. Но осьминог, которого некоторые ученые использовали как модель «мягкого робота», не умеет бегать также быстро как таракан. Зато крабы, пауки, скорпионы, также как и тараканы, довольно устойчивы к давлению. Это еще один случай, когда природа подсказывает оптимальное инженерное решение.
