Хвостовые шипы обеспечивают белкам сцепление и устойчивость, необходимые для уверенного удержания даже самой гладкой коры дерева.
Было обнаружено, что подхвостовые шипы обеспечивают устойчивость при нахождении на коре дерева различной шероховатости.
Эмпа
Ученые в Швейцарии обратились к необычайной ловкости редкой белки-летяги, чтобы разработать новое поколение адаптивных, энергоэффективных бионических роботов и дронов.
Исследователи из Empa, Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологий, в сотрудничестве со своими коллегами из Института интеллектуальных систем Общества Макса Планка в Германии полностью обратились к природе, чтобы разработать новый подход к совершенствованию робототехнических систем.
Зачарованная тем, как африканские чешуйчатые белки с легкостью цепляются даже за самую гладкую кору дерева, команда проанализировала покрытые чешуей хвосты этих ночных животных, чтобы понять механизм их исключительной устойчивости.
Биологи давно подозревали, что чешуйки помогают белкам удерживать кору деревьев и перемещаться по ней, однако их точная функция никогда не подвергалась научным исследованиям, пока команда не взялась за эту задачу.
Хвостовые шипы, предотвращающие скольжение
Чешуйчатые белки, одни из наименее изученных млекопитающих, представляют собой небольшие существа с длиной тела от 2,4 до 17,7 дюймов (от шести до 45 сантиметров) в зависимости от вида.
Эти животные, обитающие в тропических лесах Западной Африки, используют кожные перепонки, натянутые между конечностями, чтобы планировать между верхушками деревьев, подобно белкам-летягам, хотя эти два вида не являются близкими родственниками.
В ходе исследования группа ученых сосредоточилась на уникальной особенности строения тела белок — покрытых шипами чешуйках на нижней стороне их хвоста, чтобы продемонстрировать, как они позволяют животным сохранять устойчивость и устойчивость на неровных поверхностях.
Кредит: Эмпа
Ардиан Юсуфи, доктор философии, профессор и руководитель исследовательской группы Soft Kinetic в Empa, объяснил, что для проверки своих гипотез группа использовала как аналитические модели, так и физические копии, в том числе искусственных «белок», оснащенных напечатанными на 3D-принтере чешуйками хвоста и когтями.
«Передвижение животных по неровной местности — сложный процесс», — объяснил Юсуфи, добавив, что одних симуляций недостаточно для его понимания. «Вот почему мы разрабатываем движущиеся физические модели для экспериментальной проверки».
Юсуфи, который ранее раскрыл особенности поведения приземления гекконов тропических лесов, используя мягкие роботизированные модели для изучения механики хвостовых рефлексов, подчеркнул, что группа начала свою работу со статической модели.
Что будет дальше?
Теперь команда планирует добавить в свои модели движение, чтобы лучше понять, как чешуйчатый хвост помогает белкам поглощать удары и стабилизировать положение во время сложных или резких приземлений.
«Если белка приближается к дереву, но внезапно замечает хищника, она должна быстро перенаправить полет на другое дерево», — сказал Юсуфи. «Мы предполагаем, что чешуйчатый хвост помогает поглощать энергию таких аварийных приземлений, предотвращая падения».
В долгосрочной перспективе Юсуфи намерен проводить полевые исследования, чтобы наблюдать и снимать на видео белок, когда они приземляются в естественной среде обитания. Этот подход он ранее использовал в своих исследованиях гекконов и считает необходимым для точного моделирования движения животных.
Полученные результаты потенциально могут помочь в разработке конструкции небольших автономных роботов и беспилотников для применения в сельском хозяйстве, мониторинге окружающей среды и ликвидации последствий стихийных бедствий.
Кредит: Эмпа
Воспроизводя структуры и поведение, усовершенствованные в ходе эволюции, исследователи в области биомиметики стремятся создать машины, способные перемещаться в сложных условиях с большей эффективностью и стабильностью.
«Передвижение животных включает в себя сложное взаимодействие процессов, многие из которых плохо изучены», — заключил Юсуфи в пресс-релизе, добавив, что репликация начинается с глубокого понимания. «В частности, роль хвоста остается недостаточно изученной у многих видов и локомоторных режимов».
Более широкая цель его исследования — углубить понимание того, как животные перемещаются по сложной местности. Используя анимированные физические модели для симуляции этих движений, команда может уменьшить зависимость от испытаний на животных, одновременно развивая робототехнику и биомеханику.
Исследование опубликовано в журнале Journal of the Royal Society Interface.
Sourse: interestingengineering.com
