Вертячки вдохновили инженеров на создание энергоэффективных роботов

Жуки вертячки получили свое название за то, что им свойственно быстро кружиться по поверхности воды. Такие движения могут показаться странными и забавными, однако ученые задались целью узнать, какой механизм находится в основе энергоэффективности этих насекомых, и теперь им удалось это сделать благодаря исследованию, проведенному научной группой, которую возглавил Миндзюнь Чжан¸ адъюнкт-профессор машиностроения, аэрокосмической и биомедицинской инженерии из Университета Теннеси в Ноксвиле (США).

По словам Чжана, в литературе тяговый коэффициент полезного действия этого вида насекомых называют одним из самых высоких в животном мире, однако никто не знал, с чем это связано, поэтому ученые провели количественное исследование с экспериментальной поддержкой и разгадали эту тайну.

Чжан увидел в забавных движениях жуков источник вдохновения для разработки энергоэффективных приводных механизмов для плавательных транспортных средств и роботов. Его группа определила функции каждой ножки вертячки, изучила уникальную технику ее взлета и выяснила, что ключевым элементом внутренней работы жука является максимизация площади поверхности. Результаты исследования получили освещение в издании PLOS Computational Biology.

Чтобы раскрыть секрет эффективности передвижения вертячки, ученые прибегли к высокоскоростной микроскопической визуализации, динамическому моделированию и симуляциям. Они установили, что каждая из трех пар ножек жука выполняет определенную функцию. С помощью высокоскоростных камер исследователи пронаблюдали то, как жуки бьют ножками в разных направлениях, чтобы нырнуть в воду. Это обеспечивает силу, требуемую для изменения угла наклона тельца и преодоления поверхностного натяжения воды. А для увеличения тяги жуки расправляют так называемые «плавательные пластины», которые увеличивают площадь поверхности. Команда Чжана намерена применить эти принципы при разработке роботов, предназначенных для плавания и ныряния. Чжан создает роботов для Управления военно-морских исследований, получив от этой организации трехлетний грант в размере 170000$.