Международная команда исследователей раскрыла секрет водомерок Rhagovelia и создала робота, который использует для движения по воде аналогичный принцип.
Роботы научились у водомерок бегать по воде
Международная команда ученых создала миниатюрного робота, способного скользить по водной поверхности подобно водомеркам Rhagovelia.
Робот Rhagobot. https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv2792
Водомерки рода Rhagovelia обладают уникальной способностью стремительно перемещаться по поверхности быстрых ручьев. Водомерок видели очень многие. Видели их и ученые. Удивительно, но того как вышло новое исследование, никто не знал, как именно они это делают.
Главная «тайна» водомерок — это их «вентиляторы» на лапках. Эти вентиляторы открываются и закрываются пассивно (без приложения мышечного усилия). Процесс открывания и закрывания вентилятора в десять раз быстрее моргания глаза. При этом используются только силы поверхностного натяжения. Работа опубликована в журнале Science.
«Наблюдение за тем, как изолированный вентилятор водомерки пассивно расширяется практически мгновенно при контакте с каплей воды, было совершенно неожиданным», — отметил ведущий автор исследования доктор Виктор Ортега-Хименес.
До недавнего времени считалось, что эти веерообразные структуры на лапках приводятся в действие исключительно мышцами. Но ученые показали: плоские лентообразные «вентиляторы» могут пассивно изменять форму под воздействием сил поверхностного натяжения и упругости, не расходуя мышечную энергию.
Водомерка Rhagovelia демонстрирует свои вентиляторы.
Комбинация мягкого сжатия во время восстановления лапки и жесткого толчка позволяет насекомым выполнять резкие повороты всего за 50 миллисекунд и развивать скорость до 120 длин тела в секунду, соперничая с быстрыми воздушными маневрами летающих мух.
Робот-водомерка
Вдохновившись биологическим механизмом, ученые создали микроробота весом всего один миллиграмм. Робот оснащен искусственными вентиляторами, которые имитируют движения водомерок. Главный прорыв произошел после получения высокоразрешающих изображений веерообразных структур водомерок с помощью сканирующего электронного микроскопа.
Rhagobot. Бег по воде.
Разработанный учеными Rhagobot способен к усиленной тяге, торможению и маневрированию. Он демонстрирует замечательную биомеханическую двойственность: высокую гибкость для быстрого развертывания и высокую жесткость для создания тяги. Это решает давние ограничения в малоразмерной водной робототехнике.
Открытие имеет широкие перспективы для биоинженерной робототехники, особенно при разработке систем экологического мониторинга, поисково-спасательных микророботов и устройств для навигации в турбулентных водно-воздушных условиях.