Хвост геккона помог работу приземлиться на вертикальную поверхность

Гекконы Hemidactylus platyurus живут на деревьях и передвигаются между ними, прыгая со ствола на ствол. Если расстояние между деревьями достаточно, пресмыкающиеся планируют в воздухе и при прыжке и могут сманеврировать к месту посадки. Впрочем, даже если расстояние небольшое, то не похоже, что гекконы спешат замедлять прыжок — они врезаются в поверхность со скоростью шесть метров в секунду. При этом голова и туловище по инерции отталкиваются назад, но животным удается удержаться на поверхности, цепляясь задними лапами и упираясь в ствол хвостом. И если с лапами понятно, что животных держат щетинки на ступнях, то вот положение хвоста ученых заинтересовало. Они предположили, что именно он помогает гекконам не упасть во время жесткого приземления, ведь геккон формирует из него что-то вроде подножки велосипеда. Поэтому так геккона хвосты и без того уже были замечены при содействии животным в лазании вертикальными скользкими поверхностями и даже бегом водой с меньшей, чем на суше скоростью, их решили исследовать на предмет помощи животным в «полетах».

Геккона природа не готовила к полетам, ведь они не имеют никаких преимуществ для планирования в воздухе: ни перепонок между пальцами, ни на теле, ни приспособленного хвоста, как, например, в белок-летяг или летучих драконов. Впрочем, помещенные в аэродинамическую трубу в лаборатории, гекконы могли вполне контролировано и равномерно скользить в ней. Интересно, что при этом также использовали хвост — Крутили им по или против часовой стрелки и выгибали вверх, вероятно, чтобы держать равновесие. Поэтому гипотеза ученых о роли хвоста в приземлениях гекконов на деревья имеет все основания быть подтвержденной в будущем улучшить мобильность и управляемость роботов, которые умеют компенсировать силы удара после приземления не хвост. Поэтому группа биологов и робототехников взялись за создание робота, который мог бы так же крутить хвостом, как и гекконы, и помог бы оценить характеристики прыжков пресмыкающихся.

Сначала ученые проанализировали видео прыжков азиатских плоскохвостых гекконов, отловленных в заповеднике Сингапура. За два дня исследований пресмыкающиеся прошли 37 испытаний и помогли вычислить необходимые для робота характеристики, как-то угловое замедление и приблизительное значение силы, с которой гекконы двигают хвостом. А главное, они раскрыли секрет целостности геккона после ударов — пресмыкающиеся прибегают к «реакции на остановку падения», когда весь импульс от столкновения головой животное с помощью хвоста рассеивает, отклоняясь назад. Это простое механическое решение, которое спасает животное от травм и очень пригодится роботам.

Подтвердить это имел созданный мягкотелый работ. Он получил четыре лапы, покрытые липучкой, гибкий хвост и моторизованная сухожилия. Последнее и прижимало хвост к стене когда председатель робота отталкивался от поверхности после удара. Чтобы смоделировать скачок геккона на ствол дерева, робота катапультировали на вертикально установленную деревянную пластину со скоростью от трех до пяти метров в секунду. За всем этим наблюдала высокоскоростная камера и датчики, которые регистрировал силу, с которой робот врезался в поверхность.

Когда робота катапультировали на стену, он смог удержаться в 55% случаев. Без хвоста успешность приземления работа уменьшилась на 15. Робот вел себя так же как и пресмыкающиеся, в том числе и хвостом. Так, когда передние лапы впервые касались поверхности, поступательный момент модели робота быстро превращался в угловой и должен сбросить его вниз, если бы тот не нашел точки сцепления. И действительно, в естественных условиях пресмыкающиеся, которые потеряли хвост из хищников или другие обстоятельства, почти не могли зацепиться за поверхность — однако их хвостатые родственники содержались в 87% попыток.

Исследования по роботом помогло достичь сразу двух целей. Во-первых, ученые экспериментально подтвердили, что хвост является необходимым для успешного приземления, если геккон прыгал на небольшое расстояние и сильно врезался в ствол дерева. Во-вторых, механика движения гекконов может вдохновить робототехников на новые эффективные решения. Результаты, полученные в ходе эксперимента с моделью, помогут сделать роботов более устойчивые во время приземления и снизить силу удара. Конструкции по типу хвоста потенциально дополнят роботы-самолеты для увеличения их надежности.

Перевод материала nauka.ua