Особливе пристрій екзоскелета дозволяє комахою витримувати сильний тиск і залишатися в живих при ударах і зіткненнях.
Чи легко розчавити таргана? Звичайно, якщо на нього наступити з усієї сили, то ніяких шансів у таргана вже не буде, але от якщо кинути в нього якимось предметом, то нерідко трапляється, що він навіть після прямого попадання тікає, як ні в чому не бувало. І це стосується не тільки тарганів - напевно багато замислювалися, чому комахи такі ударостійким. Особливо часто таке питання виникає при вигляді бджіл, ос, мух, метеликів: вони адже раз у раз на щось натикаються - на листя, на стебла, на стіни, постійно б'ються в скло, намагаючись знайти вихід з дому - але ніякої шкоди подібні зіткнення їм, схоже, не несуть.
Робот-тарган, здатний витримувати сплющування і при цьому пересуватися. (Фото PolyPEDAL Lab UC Berkeley.)
Пристрій екзоскелета дозволяє тарганам протискуватися навіть в самі вузькі щілини. (Фото PolyPEDAL Lab UC Berkeley.)
<
>
Секрет комах (і, очевидно, інших членистоногих) - в особливих властивостях їх екзоскелета, описаних дослідниками з Каліфорнійського університету в Берклі в статті в PNAS . Каушик Джаярам (Kaushik Jayaram) і Роберт Фулл (Robert Full), експериментуючи з тарганами Periplaneta americana, виявили, що при висоті тіла в 9 мм вони здатні протиснутися в щілину розміром всього 3 мм.
Спочатку комахи обмацують діру антенами, потім пропихують в неї голову і передні лапи, а потім починається найцікавіше - їх тулуб сплющується настільки, що легко може пройти в отвір, яке набагато менше самого таргана; вся процедура займає менше двох секунд, тобто ніяких тривалих зусиль тут не потрібно. Схожий фокус здатні проробляти тільки восьминоги (з поправкою, звичайно, на різницю в розмірах між ними і тарганами), але зауважимо - у восьминогів взагалі немає ніякого жорсткого скелета, ні зовнішнього, ні внутрішнього. А у тарганів є.
Хитрість в тому, що покриви членистоногих одночасно і тверді, і м'які, їх екзоскелет складається з пластин, з'єднаних еластичними мембранами - таке з'єднання дозволяє їм заходити один на одного при стисненні. Крім того, гнучкість самих пластин дозволяє їм, згинаючись, не ламатися, а передавати енергію деформації до ніг, ноги ж, хоча і виявляються при сплющуванні вивернутими, все ж рухають комаха вперед - на їх гомілках сидять шипики, які дозволяють відштовхуватися від поверхні. Грубо кажучи, таргана можна легко сплюснути, але тому ж його і важко розчавити.
Повторимо, що таргани тут не є щось виняткове - місяць тому на конференції Товариства інтегративної та порівняльної біології дослідники з Гарварду зробили доповідь про бджіл і ос, в якому також говорилося про твердість і пружність їх екзоскелета. Зокрема, з'ясувалося, що при зіткненні в польоті з якою-небудь перешкодою тіло бджоли або оси спрацьовує, як пружина, так що комаха відскакує назад; удар при цьому, зрозуміло, пом'якшується. А в їх крилах є «заплатки» з еластичного білка резіліна, який теж може «пружинити», тим самим захищаючи крила від механічних пошкоджень. (У джмелів ж, на відміну від ос і бджіл, все влаштовано трохи інакше - судини в крилах джмеля сидять близько до тіла, і тому кінці крил можуть вільно гнутися в зіткненнях з чимось твердим.)
Очевидно, такий «твердо-гнучкий» скелет був би дуже затребуваний в робототехніці. Каушик Джаярам вирішив не відкладати справу в довгий ящик і сам зібрав робота висотою всього 75 мм - за формою «тіла» і через скелетних пластин він був схожий на мокрицю. Робот міг ходити (або повзати?), Причому його ноги були влаштовані за типом тарганів, тобто могли відштовхуватися від підлоги, навіть будучи вивернутими. Його можна було сплюснути так, що висота його зменшувалася вдвічі, і він продовжував повзти вперед, причому швидкість його в 5-10 разів перевищувала швидкість м'яких роботів, яких розробляють для роботи в складних умовах і які пристроєм своїм копіюють того ж восьминога. (Відео з тарганами і «твердо-м'яким» роботом можна подивитися тут .) Залишилося тільки приробити до нього крила - як визнають самі дослідники, створити штучний аналог осиних-бджолиних крил буде досить складно, однак перші випробування «Робошмеля» заплановані вже на цю весну.
Або повзати?
