Особенность строения муравьев позволит увеличить силу и прочность роботов

Все мы знаем, что муравьи способны переносить вес, в несколько раз превышающий их собственный. В рамках нового исследования ученые решили выяснить границы этой невероятной грузоподъемности, а также ту механику, которая за это отвечает. Научные сотрудники Университета штата Огайо предполагают, что муравей способен поднять груз, весом в 5000 раз превышающий вес его собственного тела. При этом большая часть нагрузки ложится на его шею. Ученые уверены, что за счет таких наблюдений у нас может появиться возможность создавать более сильных и выносливых роботов.

Во время эксперимента с центрифугой, ученые также использовали приборы компьютерной микротомографии, которые позволили проследить за тем, как ведут себя мягкие ткани шеи насекомого и его твердый экзоскелет (панцирь) на его голове и теле. Подобные контрастные и соединительные материалы, как правило, испытывают наибольшую нагрузку, однако, как говорят ученые, у муравьев «между этими тканями имеется плавный и сбалансированный переход», который позволяет увеличить общую выносливость. Именно эта особенность заинтересовала исследователей и именно ее, по мнению ученых, людям следует учитывать при постройке роботов.

Эта особенность открывает возможности к постройке миниатюрных роботов, в которых будут использоваться как мягкие, так и твердые компоненты. Этот симбиоз позволит повысить силу и долговечность таких машин.

«Другие насекомые имеют похожие микроуровневые структурные особенности, и мы считаем, что они могли бы пригодиться и при разработке роботов», — говорит Карлос Кастро, доцент кафедры машиностроения и космической промышленности при Университете штата Огайо.

«Эти насекомые обладают способностью регулировать поведение своих мягких тканей и твердого внешнего экзоскелета, чтобы минимизировать нагрузку на организм и оптимизировать работу их функций. Они могут создавать трение или сцепку двигающихся частей, упрочняя тем самым общую структуру их организма».

Для исследования соединительной ткани и контактных поверхностей между головой, шеей и грудной частью муравья ученые использовали электронный микроскоп. Выявленные различия в текстуре каждой поверхности, различные выпуклости, а также похожие в некоторых местах на волоски структуры, по мнению ученых, тоже играют важную роль в невероятной силе насекомого.

Сейчас ученые ищут способы адаптации этих структурных особенностей в масштабах робототехники, хотя понимают всю сложность этой задачи, так как немаловажную роль здесь играет соотношение силы и маленького размера насекомого. Увеличение муравья до размера человека, например, приведет к увеличению его трехмерного объема, но мышцы в данном случае увеличатся только в двумерной плоскости, а соотношения массы к мускулатуре при этом уменьшится.

По мнению Кастро, возможности применения роботов подобной конструкции на твердой поверхности будут ограничены, подобная конструкция будет наиболее эффективна в условиях космоса, например, для передвижении грузов в условиях микрогравитации.

Подробные детали описанного выше исследования были недавно опубликованы в научном журнале Journal of Biomechanics.