Инженеры из США выяснили, как можно создать «блоху из Левши»

Подпишись на ежедневную рассылку РИА Наука

Спасибо за подписку

Пожалуйста, проверьте свой e-mail для подтверждения подписки

Американские математики и инженеры создали программу, которая позволяет копировать устройство ног блохи, клешней раков-богомолов и других беспозвоночных «чемпионов» по силе удара и скорости движения, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

«До настоящего времени мы не понимали, как работают конечности этих «суперживотных» – они, по сути, оставались «черным ящиком» для нас. Их секрет заключается в том, что их ногами и клешнями движут не мускулы, а биологические аналоги пружин, которые эти существа могут сжимать и растягивать, подобно тетиве лука», — рассказывает Шейла Патек (Sheila Patek) из университета Дьюка в Дареме (США).

Как правило, самыми сильными, зоркими и быстрыми существами на Земле, с учетом разницы в размерах, являются не млекопитающие или другие позвоночные существа, а насекомые и прочие беспозвоночные.

К примеру, муха-ктырь может за доли секунды нацеливаться на жертву с очень большого расстояния и почти гарантированно ловить ее, а морские раки-богомолы ударяют по панцирям своих жертв так же сильно как пуля, выпущенная из мелкокалиберной охотничьей винтовки. Ноги кузнечиков и цикад могут подбрасывать их на высоту, превышающую их длину в 100 раз, и перемещать их на расстояния, эквивалентные длине двух футбольных полей для существа размером с человека.

Конструкторы роботов, как рассказывает Патек, давно пытаются «позаимствовать» эти изобретения природы и создать на их основе роботов, подобных стальной блохе из «Левши» Николая Лескова. Несмотря на все усилия, все подобные проекты почти всегда проваливались, так как принципы работы ног и клешней насекомых оставались тайной для инженеров.

По словам авторов статьи, ученые достаточно давно знают, что часть конечностей этих «супер-животных» похожи по своему устройству на пружины, однако загадкой для них оставалось то, как они взаимодействуют друг с другом и что управляет их формой и размерами. Патек и ее коллеги нашли ответ на этот вопрос, создав компьютерную модель двух своеобразных «катапульт», подбрасывавших камешек в воздух.

Первая из них была похожа по своему устройству на мускулы – ее «сердцем» выступал мощный мотор, разгонявший «лапу» катапульты до высокой скорости и заставлявший груз вылетать из нее. Вторая была устроена иначе – она состояла из пружины и мотора, который удерживал ее до запуска груза, а затем отпускал. Пружина выпрямлялась и запускала камешек в воздух.

Как показали эти расчеты, подобные катапульты работали примерно с одинаковым КПД в тех случаях, если масса забрасываемого «ядра» была достаточно большой, около 5-10 грамм и более. С другой стороны, при уменьшении массы груза эффективность работы «пружинной» катапульты росла с невероятно высокой скоростью. К примеру, она разгоняла камень массой в 0,1 грамма в десятки раз лучше, чем ее «мускульная» конкурентка.

Получив подобные результаты, ученые проанализировали то, как работали биологические пружины в конечностях «супер-животных». Это помогло им вывести набор формул и параметров, которые позволяют подобрать оптимальные размеры, жесткость и другие свойства пружин, которые можно применять для создания кибернетической «блохи Левши» и прочих роботов, не уступающих беспозвоночным в умении прыгать, бить «кулаками» и быстро двигаться.

Источник: ria.ru

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *