Yurii Mongol
0 
4193
1045
Små kackerlackor med robusta exoskeletter använder sina huvuden "som en bilstötfångare", rapporterade forskare i en ny studie. När en skurrande mörhuvud träffar en vägg, slår kroppen tillbaka uppåt i en vinkel, vilket gör det möjligt för insekten att skala den vertikala ytan snabbare än om den hade applicerat bromsarna.
Kackerlackarnas framgångsrika inställning till väggklättring är så effektiv att det inspirerade forskarna att utforma små robotar som kan stiga upp väggar som kackerlackorna gör - genom att använda huvudet. [De 6 konstigaste robotarna som någonsin har skapats]
När djur navigerar i svår terräng hjälper ett samspel mellan deras sinnen och deras hjärnor dem att undvika hinder och potentiellt dödliga misstag. Men kakerlackens strategi antyder att vissa djur förlitar sig på sina egna kroppsformer för att inte bara skydda dem från kollisioner, utan också för att kanalisera detta momentum till en framgångsrik flyktmanöver, rapporterade studieförfattarna i studien, som publicerades online 13 februari. i Journal of the Royal Society Interface.
Forskarna testade 18 manliga kackerlackor på pappersfodrade löparytor som avslutades i vertikala väggar, inspelade höghastighetsvideo med 500 bildrutor per sekund och använde rörelsespårningsprogramvara för att analysera roaches övergång från horisontell spår till vertikal vägg.
För det blotta ögat såg det ut som alla kakor som skalade väggen gjorde så sömlöst, konstaterade forskarna i studien. Men långsamma bilderna berättade en annan historia: Kackerlackarna använde två olika strategier för att klättra upp på väggen, varav en involverade att ramma väggen med huvuden för att "lyfta" in i en klättringsställning.
Och de huvudramskande roachesna var mer effektiva väggklättrare, berättade studiens huvudförfattare, Kaushik Jayaram, en postdoktor i materialvetenskap och maskinteknik vid Wyss Institute vid Harvard University. .
"I de försök där de använde den här första metoden såg vi att de skulle springa cirka 20 procent snabbare än om de landade på benen och sedan klättrade uppför väggen," sade Jayaram.
"I en naturlig miljö, om de försöker komma bort från ett rovdjur, kan en 20 procents ökning av hastigheten vara skillnaden mellan liv och död," förklarade han.
Roboter navigerar vanligtvis i terräng med hjälp av en mängd sensorer, och utsikterna för att bygga en robot som snabbt kunde ändra riktning för att klättra - med hjälp av fart som genererats av sin egen kroppsform - var en spännande utmaning, sa Jayaram. Forskarna mötte det genom att designa en speciell "näsa" för roboten som hjälpte till att slå den uppåt precis i rätt vinkel, sa Jayaram.
De slutade med en trapesformad näsa med en kant pekande uppåt, monterad framför roboten. Vid påverkan skulle näsan bete mot väggen och göra det möjligt för kroppen att rygga upp, sa Jayaram. Även om kackerlackor inte har näsor, så fungerade strukturen på roboten i samma syfte som roacheshuvuden, vilket gjorde att kroppen snabbt kunde ändra riktning medan den förlorade lite fart, rapporterade studieförfattarna.
Andra robotkonstruktioner har gynnats av kackerlackans biomekanik. Insekternas förmåga att pressa sig genom små öppningar inspirerade ingenjörer att designa en liten robot som kunde platta sig till marken för att glida genom smala sprickor, en prestation som en dag kan hjälpa till att hitta offren för jordbävningar, tidigare rapporterade.
"Naturen kan vara en viktig lärare. Vi får antydningar om hur djur kan möta dessa utmaningar när de måste göra flera uppgifter samtidigt - springa, klättra, arbeta i miljöer som de inte känner till," sa Jayaram.
"När vi börjar arbeta i mer komplexa miljöer kan vi definitivt lära oss av några av de exempel som biologin har - och vi kan definitivt förbättra vissa också," sade han.
Originalartikel om .