Природа вдохновляет: как рыбы помогают создавать подводных роботов

На скалистом берегу северной части Тихого океана, где волны неустанно бьются о камни, бычки (sculpin) удерживается на поверхности с поразительной устойчивостью.

В отличие от морских ежей, которые цепляются за поверхность с помощью толстых игл, или осьминогов, использующих присоски, бычки не имеют ни одного специализированного органа для прилипания — и всё же умудряются крепко держаться.

Почему это так важно для ученых? Морские организмы, выживающие в экстремальных, высокоэнергетичных условиях, могут служить отличными природными прототипами для создания более эффективных технических решений — от роботов и захватов до клеевых материалов. Такие инновации могут иметь широкое применение: от медицинских приборов до шин с улучшенным сцеплением с дорогой.

Исследовательская группа нашла микроскопические структуры на грудных плавниках рыб, которые, возможно, обеспечивают дополнительную адгезию к подводным поверхностям, позволяя рыбе сопротивляться течениям и волнам.

Результаты исследования опубликованы в журнале Royal Society Open Science.

"Чтобы не быть унесенными потоком, бычки должны использовать другие способы удержания на месте, — объясняет Эмили Кейн, профессор биологии из Университета Луизианы, одна из авторов исследования. — Уникальной особенностью этой группы рыб являются грудные плавники: в их нижней части снижена перепонка между лучами, благодаря чему лучи выступают вперёд, словно пальцы. Этими "пальцами" рыбы могут цепляться за камни или другие поверхности. У некоторых видов эти плавники также участвуют в "ходьбе" и сенсорных функциях".

 Исследование выявило микроскопическую текстуру поверхности этих лучей, предполагающую наличие трения или прилипания на уровне микроструктур — своего рода "наждачная бумага", усиливающая сцепление.

Эти структуры впервые были обнаружены летом 2022 года во время полевых работ в Friday Harbor, штат Вашингтон. При наблюдении под сканирующим электронным микроскопом Кейн заметила, что они напоминают мельчайшие волоски на лапах геккона — и обратилась за консультацией к Остину Гарнеру, специалисту по биологической адгезии.

"Моя лаборатория изучает, как животные взаимодействуют с поверхностями в процессе движения или неподвижности, особенно те, кто использует специализированные органы прилипания", — говорит Остин Гарнер, профессор биологии в Сиракузском университете.

Гарнер считает, что форма и функция плавников бычков могут быть успешно применены в подводных роботах и захватах. В дальнейшем понимание микроструктур может вдохновить на разработку синтетических систем крепления, которые надежно фиксируются и легко отсоединяются даже под водой.

Кто знает, возможно, в будущем морские глубины будут исследовать роботы с "плавниками" бычков, и эти технологии произведут революцию в мире инженерии, вдохновленной природой, пишет phys.org.

Уточнения

Ро́бот (англ. robot, от чеш. robot) — автоматическое устройство, предназначенное для осуществления различного рода действий, обычно выполняемых человеком.