Этот крошечный паук выдерживает больше перегрузок, чем пилот истребителя – и может совершить революцию в робототехнике
Австралийские ученые обнаружили, что павлиний паук (Maratus splendens), столь же миниатюрный, сколь и элегантный, использует полугидравлическую систему для совершения впечатляющих прыжков. Это биомеханическое достижение одновременно озадачивает и вдохновляет инженеров в области робототехники.
Естественная гидравлическая система
У большинства наземных животных прыжок основан на простом механизме: мышцы сгибаются, а затем резко разгибаются, чтобы толкнуть тело. Но у прыгающих пауков, включая вид Maratus splendens, нет разгибательных мышц в ногах. Вместо этого они используют уникальную полугидравлическую систему передвижения.
Перед прыжком паук сокращает мышцы в головогруди (передней части тела, объединяющей голову и грудь), что закачивает гемолимфу — аналог крови у членистоногих — в его ноги. Это давление вызывает быстрое выпрямление конечностей, резко выбрасывая тело вперед.
Результат: молниеносное ускорение — до 13,03 g у самцов и 12,5 g у самок. Для сравнения, пилот истребителя испытывает около 8–9 g в антиперегрузочном костюме… а большинство людей теряют сознание уже при 5 g.
Точные прыжки, снятые на 5000 кадров в секунду
Чтобы подробнее изучить этот механизм, исследователи собрали несколько взрослых особей и поместили их в контролируемую среду при 24 °C. Платформа для прыжка, расположенная в 4 см от площадки приземления, позволила наблюдать свободные прыжки.
С помощью высокоскоростной камеры, записывающей 5000 кадров в секунду, ученые смогли разложить прыжок на этапы, проанализировать роль каждой ноги и восстановить точную траекторию.
Оказалось, что основную роль в прыжке играет третья пара ног — более длинная и мощная, особенно у самцов. Эти же ноги используются в брачных танцах, когда самцы размахивают ими, чтобы привлечь самок.
Исследование, в Journal of Experimental Biology, также выявило различия в динамике прыжков между самцами и самками. Самцы, более мелкие и легкие, разгоняются быстрее, чем самки, чье тело массивнее и приспособлено для репродуктивных функций. Эта разница напрямую влияет на время отрыва от поверхности и генерируемую силу.
Однако у обоих полов механизм прыжка остается поразительно эффективным. И эта эффективность может заинтересовать робототехников, особенно тех, кто работает над миниатюрными системами.
Когда пауки вдохновляют роботов
Прыгающие пауки обладают уникальной способностью контролировать свои прыжки и точно достигать цели — будь то поверхность или добыча. Это делает их идеальными моделями для биоинспирированных роботов.
Действительно, роботы, предназначенные для работы в сложных условиях — зоны бедствий, ограниченные пространства, неровная местность — могли бы получить преимущество от полугидравлического механизма прыжка, сочетающего эффективность с высокой маневренностью.
В эпоху, когда биомиметика (искусство подражания живой природе) способствует крупным технологическим прорывам, паук-павлин (Maratus splendens) напоминает, что величайшие секреты инноваций порой скрываются в самых маленьких созданиях.
От брачного танца до воздушной динамики — он олицетворяет собой слияние природы, науки и технологий.