Хобот слона одновременно силен и способен совершать чрезвычайно точные движения. Благодаря этой мускулистой структуре без костей слон может переносить тяжелые бревна или ловко чистить бананы. Лючия Беккай и ее коллеги изучили кожу хобота в надежде понять ее свойства и извлечь преимущества для следующего поколения продвинутых систем мягкой робототехники.
Авторы получили хобот одного взрослого азиатского слона (Elephas maximus), который умер естественной смертью в Цюрихском зоопарке в Швейцарии в 2020 году. Ученые исследовали 35 образцов с помощью биомеханических испытаний, гистологии, методов визуализации и компьютерного моделирования.
Кожа на хоботе не однородна, она четко разделяется на внешнюю и внутреннюю части. Внешняя часть представляет собой жесткий, но чувствительный панцирь, который в 3,14 раза прочнее внутренней части. Внутренняя часть, напротив, очень гибкая и чувствительная, ей удобно захватывать предметы. Низкая жесткость внутренней части позволяет ей плотно прилегать к объектам, увеличивая площадь контакта и обеспечивая надежный захват. Под кожей внутренней части хобота расположены куполообразные дермальные сосочки.
Моделирование методом конечных элементов показывает, что эти структуры действуют как подповерхностная механическая линза. Они концентрируют и усиливают механическое напряжение в местах расположения сенсорных нервов. По мнению авторов, эта функционально зонированная структура может стать основой для следующего поколения мягких роботизированных систем. Используя биомиметические подходы с применением различных материалов, инженеры могут создавать роботизированные захваты с пассивной внешней защитой, которая усиливает слабые тактильные сигналы, не подвергая хрупкие датчики механическому износу.
Статья опубликована в журнале PNAS Nexus.
