Многие членистоногие — прекрасные прыгуны. Прыжки для них не только способ передвижения, но и бегство от хищника. С помощью цифровых высокоскоростных камер эволюционный биолог и биоинженер из США изучили поведение ногохвосток и выяснили, что они вращаются быстрее, чем любое другое животное на земле. Полученные знания пригодятся в робототехнике.
Ногохвостки, или коллемболы (Collembola) — класс мелких членистоногих, насчитывающий примерно восемь тысяч видов. Это один из самых распространенных классов членистоногих в природе.
У ногохвосток есть одна интересная особенность: они высоко прыгают и быстро вращаются. Причем делают это настолько искусно, что кажется, будто выполняют умопомрачительные акробатические этюды с невероятной скоростью и точностью. Такая способность позволяет животным не только стремительно передвигаться, но и спасаться от хищников.
На одном из сегменте брюшка у ногохвосток находится прыгательная вилочка — фурка, которая с помощью гидравлики резко распрямляется, и животное около миллиметра в длину может подпрыгнуть на полметра, что позволяет моментально ускользнуть от хищника.
В воздухе ногохвостки вращаются, никакого гирокомпаса у них нет, а затем приземляются на любую часть тела. Если же им нужно перевернуться, ногохвостки используют специальную брюшную трубку — коллофор, из которой выделяется липкая жидкообразная масса, наподобие клейкой слизи.
Эволюционный биолог Адриан Смит (Adrian Smith) из Университета штата Северная Каролина и биоинженер Джейкоб Харрисон (Jacob Harrison) из Технологического института Джорджии решили изучить динамику прыжков ногохвосток. Ученые попытались подсчитать количество оборотов, которые эти животные делают в воздухе после прыжка. В качестве испытуемых выбрали вид Dicyrtomina minuta.
Смит и Харрис установили в лаборатории цифровые высокоскоростные камеры, а затем записывали прыжки ногохвосток. Чтобы побудить членистоногих к прыжкам, исследователи помещали их под яркий свет и иногда подталкивали маленькой кисточкой.
Во время каждого прыжка миниатюрные акробаты отпрыгивали назад по дугуообразной траектории на расстояние до 80 длин тела (до 102 миллиметров по горизонтали и до 62 миллиметров по вертикали). При этом скорость вращения Dicyrtomina minuta составляла до 368 оборотов в секунду — рекорд среди всех известных науке животных.
Ученые продолжат изучать механику прыжков ногохвосток, чтобы в дальнейшем применить полученные знания в робототехнике. Например, для создания небольших машин, способных совершать сложные многократные прыжки без дополнительной стратегии восстановления. Такие роботы могут с легкостью преодолевать препятствия, а значит, их можно будет задействовать в спасательных работах во время стихийных бедствиях или исследований опасных и труднодоступных пространств.
Подробнее с результатами работы американских ученых можно ознакомиться в статье, опубликованной в журнале Integrative Organismal Biology.