Новое исследование, проведенное Технологическим институтом Джорджии, показывает, что мышцы слона – не единственный способ, с помощью которого он вытягивает свой хобот: его складчатая кожа также играет важную роль. Сочетание мышц и кожи дает животному возможность хвататься за хрупкую растительность и разрывать стволы деревьев.
Исследование, проведенное в сотрудничестве с зоопарком Атланты, показало, что кожа слона растягивается неравномерно. Верхняя часть хобота более гибкая, чем нижняя, и эти два участка начинают разделяться, когда слон достигает более 10%. Когда слон тянется за едой или предметами, спинная часть хобота выдвигается дальше вперед.
Полученные результаты могут улучшить робототехнику, которая сегодня обычно рассчитана либо на большую силу, либо на гибкость. В отличие от хобота слона, машины не могут делать ни того, ни другого.
В качестве примера авторы исследования указывают на мягких роботов. Их заполненные жидкостью полости позволяют им двигаться гибко, но могут легко сломаться при приложении силы. По словам исследователей, результаты исследования слонов показывают, что обертывание мягких роботов структурой, напоминающей кожу, может обеспечить машинам защиту и прочность, сохраняя при этом гибкость.
Работа была опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) той же командой из Технологического института Джорджии, которая прошлым летом провела исследование того, как слоны используют мышцы хобота для вдыхания пищи и воды.
“Когда люди вытягивают язык – наполненную мышцами бескостную ткань, похожую по составу на хобот слона, — он вытягивается равномерно. Мы ожидали того же, когда заставили слона потянуться за едой”, — делится Эндрю Шульц, ведущий автор исследования и аспирант Школы машиностроения Джорджа Вудруфа при Технологическом институте Джорджии.
Он и его команда снимали двух африканских слонов саванны, которые тянулись за кубиками отрубей и яблоками в зоопарке Атланты.
“Но когда мы просмотрели запись с нашей высокоскоростной камеры и построили график движения хобота, мы были удивлены. Верх и низ совершенно не совпадали”, — рассказывает Шульц.
После просмотра видео Шульц растянул ткани препарированного слона, чтобы лучше понять эластичность кожи. Тогда он обнаружил, что верхняя часть кожи, которая складывается, на 15% более эластична, чем морщинистая нижняя часть. Тогда же команда поняла, что на видео они видят не только движение мышц. Они также отслеживали движение толстого слоя кожи.
“Гибкие кожные складки – это инновация слона. Они защищают спинную сторону и облегчают слону опускание руки, что является наиболее распространенным способом хватания при взятии предметов”, – отмечают ученые.
Исследование, проведенное в Технологическом институте Джорджии, также показало, что хобот слона отличается от других бескостных, наполненных мышцами придатков, встречающихся в природе, таких как щупальца кальмара и осьминога. Вместо того чтобы растягиваться равномерно, слон телескопирует свой хобот, как зонтик, постепенно удлиняя его волнами.
Сначала слон растягивает область, включающую кончик хобота, затем соседнюю область и так далее, постепенно продвигаясь назад к телу. Шульц говорит, что поступательное движение к основанию является преднамеренным.