Вы когда-нибудь задумывались, почему муравьи такие сильные? Эти насекомые могут поднимать предметы, которые во много раз тяжелее их самих, — поразительное достижение для такого крошечного существа. Теперь ученые внимательно изучают биомеханику муравьиных шей, чтобы, возможно, раскрыть секрет их силы.
Чтобы узнать больше о том, как муравьи справляются с большими нагрузками, исследователи провели лабораторные испытания и вычислительное моделирование. Они реконструировали биомеханику, создав 3D-модели внутренней и внешней анатомии муравья. Это позволило им определить взаимосвязь между механической функцией, строением и свойствами материала, из которого состоит муравей-бульдог.
«Муравей поднимает груз с помощью ротового аппарата, переносит его через шейный сустав на грудную часть и распределяет по шести лапам и тазикам, которые крепятся к опорной поверхности, — рассказал один из исследователей, Карлос Кастро, в пресс-релизе. — Хотя в предыдущих исследованиях изучались механизмы крепления тазиков (лапок), мало что известно о взаимосвязи между механической функцией, строением и свойствами материала, из которого состоит муравей».
Используя созданные ими 3D-модели, исследователи провели моделирование в сочетании с лабораторными экспериментами. Они обнаружили, что, как ни удивительно, шейные суставы муравья могут выдерживать нагрузку, в 5000 раз превышающую вес его тела. Кроме того, они выяснили, что шейные суставы муравья обеспечивают наибольшую прочность, когда голова муравья расположена прямо, а не повернута в сторону.
«Шейный сустав [муравья] — это сложная и высокоинтегрированная механическая система, — сказал Вьен Нгуен, один из исследователей, в пресс-релизе. — Попытки понять взаимосвязь между структурой и функциями этой системы помогут разобраться в принципах проектирования оптимизированных механизмов экзоскелета». По мере того как мы движемся к будущему, в котором устройства, помогающие человеку, и сверхлегкая робототехника станут реальностью, разработка трехмерных моделей для визуального анализа, а также нагрузочного и кинематического моделирования будет служить инструментом для оценки и сравнения функциональной морфологии различных видов.
Результаты исследования опубликованы в журнале Biomechanics.