Способность насекомых бегать по воде открыла новые подсказки для разработки водных роботов

Многие насекомые могут «бегать» по воде, полагаясь на поверхностное натяжение жидкости, которое выдерживает вес их крошечных прозрачных тел. Две команды ученых независимо друг от друга раскрыли очередные детали того, как самые проворные виды – велии (ripple bugs), и самые быстрые – вертячки (whirligigs) – способны маневрировать даже на бурной воде, что может помочь в развитии крошечных водных роботов, пишет Science.

Несмотря на то, что способности обоих видов насекомых передвигаться по поверхности воды уже давно объясняются физикой водных поверхностей, они все равно «кажутся волшебными», говорит Элизабет Брейнерд, функциональный морфолог из Университета Брауна. 

Ученые заметили, что насекомых, способных бегать по воде, есть «веера» на кончиках средних ног, и предположили, что, используя мышцы ног, животные открывают и закрывают веера, чтобы помочь себе сделать крутые повороты. Чтобы проверить эту идею, Ортега Хименес собрал около 150 насекомых и заснял их в лаборатории в различных условиях.

Когда веера сняли, водомерки не могли двигаться так же быстро и так резко поворачиваться. На открытом воздухе лопасти веера свисают, как кисточки. Однако в воде они растопыриваются. Когда жучок поворачивается, он раздвигает веера на ногах с одной стороны своего тела, что увеличивает сопротивление, в то время как ноги с другой стороны продолжают скользить более свободно. Веера расправляются менее чем за 10 миллисекунд, позволяя жуку поворачиваться на 180° менее чем за 50 миллисекунд.

ВАС ЗАИНТЕРЕСУЕТ

Первые люди могли выйти из Африки в связи с изменениями климата – исследование

При этом велии беспрерывно двигались зигзагами в течение нескольких месяцев, заставив Хименеса задаться вопросом, как у них хватает энергии, чтобы поддерживать такую бешеную деятельность. Оказалось, энергии нужно мало. К удивлению Хименеса, когда он опускал мертвых водомерок в воду, веера на ногах все равно раскрывались, никаких мышц не требовалось. Таким образом, чтобы повернуться, насекомому нужно лишь слегка наклонить свое тело, погрузив веера и увеличив сопротивление с одной стороны.

По мнению Санни Юнг, физика из Корнелльского университета, воссоздание таких вееров в роботе может оказаться непростой задачей, поскольку элементы веера должны быть достаточно эластичными, чтобы раздвигаться при погружении в воду, но не слишком гибкими.

Такие исследования могут помочь инженерам создавать более прочных и надежных роботов, говорит Адам Саммерс, биомеханик из Friday Harbour Laboratories: «Следующее поколение роботов должно быть гораздо более устойчивым и способным справляться с неровной местностью, движущимися поверхностями и быстро меняющимися траекториями движения».

В 2019 году французские ученые создали роботов AntBot, которые ориентируются в пространстве подобно пустынным муравьям.