Креветки-богомолы наносят самый сильный удар из всех существ в животном мире. Их похожие на дубинки придатки ускоряются быстрее, чем пуля из пистолета, и всего один удар может отрубить конечность крабу или пробить раковину улитки. Известно, что эти маленькие, но могучие ракообразные сражаются с осьминогами и побеждают.
То, как креветки-богомолы производят эти смертоносные, сверхбыстрые движения, уже давно очаровывает биологов. Последние достижения в области высокоскоростной визуализации позволяют видеть и измерять эти удары, но некоторые механизмы не были хорошо поняты.
Теперь междисциплинарная команда робототехников, инженеров и биологов смоделировала механику удара креветки-богомола и создала робота, который имитирует движение. Исследование проливает свет на биологию этих драчливых ракообразных и прокладывает путь для небольших, но мощных роботизированных устройств.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Известно, что многие мелкие организмы, включая лягушек, хамелеонов и даже некоторые виды растений, производят сверхбыстрые движения, накапливая упругую энергию и быстро высвобождая ее с помощью защелкивающегося механизма, такого как мышеловка. У креветок-богомолов две небольшие структуры, встроенные в сухожилия мышц, называемые склеритами, действуют как защелка придатка. В типичном подпружиненном механизме, как только физическая защелка снимается, пружина немедленно высвобождает накопленную энергию.
Но когда склериты раскрываются в придатке креветки-богомола, происходит короткая, но заметная задержка. Биологи выдвинули гипотезу, что в то время как склериты инициируют расцепление, геометрия самого придатка действует как вторичная защелка, контролируя движение руки, пока она продолжает накапливать энергию. Но эта теория не была проверена.
Исследовательская группа сначала проверила эту гипотезу, изучив механику связи системы, а затем построив физическую роботизированную модель. Как только у них появился робот, команда смогла разработать математическую модель движения. Исследователи нанесли на карту четыре различные фазы удара богомола, начиная с защелкнутых склеритов и заканчивая фактическим ударом придатка. Они обнаружили, что действительно, после того, как склериты разблокируются, геометрия механизма берет верх, удерживая придаток на месте до тех пор, пока он не достигнет точки чрезмерного центрирования, а затем защелка отпирается. Специалисты имитировали этот процесс в 1,5-граммовом роботе размером с креветку. Хотя робот не достиг скорости удара креветки-богомола, его скорость в воздухе составляла 26 метров в секунду – с ускорением, эквивалентным скорости автомобиля, достигающей 58 миль в час за четыре миллисекунды. Устройство работает быстрее, чем любые аналогичные устройства в том же масштабе на сегодня.
