Ученые выяснили, что плоскохвостые домовые гекконы неплохо перелетают с дерева на дерево и тормозят себя хвостом. Это подтвердили эксперименты с роботом, созданным по образу ящерицы, передает пресс-служба Института интеллектуальных систем им. Макса Планка (Германия). Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications Biology.
В своей естественной среде обитания плоскохвостый домовой геккон (Hemidactylus platyurus) живет на деревьях и может прыгать на много метров с одного ствола дерева на другой, спасясь от хищников. Когда деревья находятся близко друг к другу и прыжок получается коротким, геккон еще ускоряется, так что между прыжком и приземлением проходит доля секунды. Как геккон удается справиться с ускорением и затормозить, не разбившись о ствол дерева?
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи провели несколько экспериментов в заповеднике дикой природы в тропических лесах Сингапура. Расположенный на платформе в семи метрах над землей, геккон с хвостом прыгает в глубину и скользит к ближайшему дереву. Высокоскоростные камеры фиксируют падение и показывают, что прыгающий геккон достигает скорости 6 м/с, то есть чуть более 21 км/ч. В отличие от автомобиля, который на такой скорости может сильно помяться после того, как врезался в дерево, геккон приземляется на ствол, не падая. С бесхвостыми животными все было наоборот. Гекконы, которые естественным образом потеряли хвосты, не смогли удержаться на стволе после «аварии» и, как следствие, падали со ствола дерева после приземления.
Как видно на записи, животное применяет механизм для смягчения удара, отгибая туловище назад на 90-100 градусов. Во время наклона передние лапы теряют сцепление. Остаются прикрепленными только задние лапы. Этот наклон туловища гасит энергию, поскольку он сильно вдавливает хвост в туловище. Животные, потерявшие хвосты, не могли погасить достаточное количество энергии и падали. По мнению ученых, хвост действует как пятая лапа, помогая геккону стабилизироваться после удара.
Выясняя, действительно ли хвост обладает стабилизирующим эффектом, исследователи создали роботизированную модель геккона. Роботу сделали мягкий торс, с которого можно снять хвост и снова надеть его. Робот запрограммирован так, что, когда передняя нога касается поверхности, у него сгибается хвост – как рефлекс, который ученые обнаружили ранее у лазающих гекконов. Информация обрабатывается микроконтроллером на плече. Этот сигнал активирует двигатель, чтобы тянуть за сухожилие и, следовательно, толкать хвост в стену, чтобы замедлить откат.
В лаборатории ученые катапультировали мягкую роботизированную ящерицу на обшитую войлоком стену, к которой прикреплена липучка, чтобы робот мог прилипать лапами. Внутрь этой имитации ствола дерева вшили прибор для измерения силы удара. Робот ударяется о пластину так же резко, как гекконы – о дерево, наклонив свой торс под прямым углом к поверхности. Затем робототехники измерили силу, которую передние и задние лапы робота выдержали при ударе. Они обнаружили, что чем длиннее хвост, тем меньше сила, отталкивающая задние лапы от поверхности. Чем ниже эта сила, тем легче роботу (и, вероятно, животному) держаться. Однако без хвоста силы на задних лапах становятся слишком большими – робот теряет сцепление, отскакивает и падает. Этот эксперимент подтвердил гипотезу ученых о том, что хвост необходим для того, чтобы геккон мог стабилизироваться на вертикальной поверхности после столкновения с деревом на высокой скорости.
Открытие может внести значительный вклад в робототехнику и помочь усовершенствовать роботам механизм приземления.
[Фото: MPI FOR INTELLIGENT SYSTEMS]
