Большинство инженерных изобретений — результат подражания природе. Одни учёные пытаются воссоздать кожу человека, другие − сконструировать фасеточные глаза насекомых, третьи − не перестают удивлять своими роботами, ведущими себя как животные. Но чтобы природа стала подражать человеческим изобретениям — это уже какой-то абсурд.
Тем не менее, исследователи впервые обнаружили у насекомого простейший механизм зубчатой передачи, который всегда считался чудом инженерной мысли. Миниатюрное создание природы не умеет летать, но зато очень быстро прыгает — и всё благодаря шестерёнкам.
"Когда нам говорят о зубчатой передаче, мы сразу же вспоминаем велосипеды и машины. Но я никогда бы не подумал, что речь идёт о животном", — говорит нейробиолог и биомеханик Малкольм Барроуз (Malcolm Burrows) из Кэмбриджского университета.
Удивительное насекомое вида Issus coleoptratus обитает на территории Северной Америки и Европы. По словам исследователей, оно может развивать скорость выше, чем автомобиль "Феррари" (Ferrari).
В отличие от кузнечиков, чьи лапки расположены по бокам от туловища, у I. coleoptratus они находятся под телом. Из-за этого у последних возникает проблема. Если кузнечик может подпрыгнуть, оттолкнувшись одной ногой, и сохранить баланс, то I. coleoptratus после такого трюка начнёт вращаться вокруг своей оси. Однако этого не происходит: насекомое координирует свои движения удивительно слаженно.
Чтобы рассмотреть все движения в отдельности, Барроуз и его коллеги засняли прыжок I. coleoptratus на высокоскоростную камеру, которая снимает по 30 тысяч кадров в секунду. Просмотр записи на небольшой скорости показал, что задние ноги отставали друг от друга с погрешностью не более чем в 30 микросекунд (миллионных долей секунды). Интересно, что время передачи нервного импульса от конечности к мозгу или в обратном направлении занимает намного больше времени.
Нервная система насекомых I. coleoptratus слишком медленно работает, чтобы синхронизировать движения задних лап. Поэтому в процессе эволюции они "создали" для себя зубчатую передачу. В каждом кадре высокоскоростной съёмки исследователи разглядели зубчатые колёса на обеих задних лапах.
Как пишут учёные в журнале Science, каждое колёсико имело по 12 зубов. Этот механизм обеспечивает I. coleoptratus мгновенной и очень эффективной синхронизацией конечностей.
"Их природный механизм очень похож на наш рукотворный. Немного обидно, что I. coleoptratus эволюционировали до зубчатой передачи миллионы лет назад, а мы её изобрели относительно недавно", — говорит Барроуз.
Вероятно, это далеко не последнее открытие такого рода. Коллеги Барроуза, не принимавшие участия в работе, убеждены, что всё, что человек создал своими руками, природа предусмотрела уже очень давно. Нужно только правильно посмотреть.
Также по теме:
Найдены сходства мышечной механики шмеля и человека
Учёные открыли сходные эволюционные изменения у многих видов насекомых
Энтомологи открыли у мух необычную связь между нейронами
Тараканы научат роботов быть более устойчивыми
Японцы создали гибридного робота, управляемого тутовым шелкопрядом
