Раскрыт механизм снижения трения в брюшной полости медоносных пчел

Собирая пыльцу и нектар с цветов, пчелы постоянно сгибают и распрямляют брюшко, но происходит это с минимальным трением. Ученые выяснили, что делает это возможным, и как найти применение этой способности пчел в человеческих технологиях.

Под руководством Цзеляна Чжао из Пекинского технологического института и Шаозе Яна из Университета Цинхуа группа китайских ученых недавно исследовала перекрывающиеся внешние пластины, которые составляют экзоскелеты брюшной полости медоносных пчел.

Несмотря на то, что эти пластины скользят друг относительно друга при сгибании брюшка, признаков износа было мало.

Используя сканирующий электронный микроскоп, исследователи заметили, что внешние поверхности пластин покрыты крошечными ветвистыми волосками. Чтобы увидеть, уменьшают ли эти волосы трение, ученые начали перемещать сегмент экзоскелета по двум поверхностям — одна была покрыта волосками, а другая — нет.

Было обнаружено, что когда к сегменту прилагалась заданная нагрузка, величина трения, создаваемого о волосатую поверхность, была значительно меньше, чем на безволосой поверхности.

Более того, когда нагрузка была увеличена, трение на безволосой поверхности соответственно увеличилось, но трение на поверхности с волосками почти не изменилось.

Основываясь на этих выводах, ученые определили, что во время движений брюшка, которые являются частью нормальной деятельности пчелы по сбору цветов, волоски уменьшают трение примерно на 60 процентов.

Это не только позволяет пластинам экзоскелета служить дольше, но также снижает количество энергии, необходимое для сгибания брюшка, что позволяет пчелам дольше добывать корм.

Теперь есть надежда, что аналогичные синтетические микроструктуры в конечном итоге могут быть включены в долговечные и более энергоэффективные устройства, такие как приводы и шарниры, используемые в мягкой робототехнике.

Статья об исследовании была недавно опубликована в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.