Мертвого паука превратили в некробота и заставили схватить предмет

Американские инженеры изготовили из мертвого паука-волка пневматический захват. Для этого они ввели иглу в его просому и присоединили к ней шприц. Повышая и снижая давление внутри членистоногого, они заставляли его конечности сжиматься и разжиматься. Это позволило поднять предметы, которые в 1,3 раза по массе и в 2,6 раза по объему превышали сам захват. Использование частей мертвых животных в роботах авторы статьи, опубликованной в журнале Advanced Science, назвали некробототехникой.

Наблюдая за живыми организмами, ученые и инженеры нередко вдохновляются на разработку новых материалов и технологий. Так, еще Аристотель в IV веке до нашей эры наблюдал за способностью гекконов (Gekkonidae) бегать по деревьям вверх и вниз любым способом, включая вниз головой. Спустя больше двух тысячелетий ученые экспериментально доказали, что это происходит благодаря множеству микроскопических волосков на лапках этих животных, которые сцепляются с опорной поверхностью с помощью ван-дер-ваальсовых сил. Это помогает гекконам перемещаться по потолку, стеклам и другим поверхностям. Другой недавний пример – это разработка пористого гидрогеля, позволяющего перемещать мягкие ткани без повреждения. На это ученых из США, Южной Кореи и Японии подтолкнули наблюдения за работой присосок осьминогов (Octopoda). Нередко объектом внимания для ученых и инженеров выступают и паукообразные (Arachnida). Обычно их интерес занимает паучий шелк, поскольку волокна паутины отличаются исключительными механофизическими свойствами. Однако и другие особенности этих членистоногих могут привлекать исследователей.

Дэниел Престон (Daniel Preston) совместно с коллегами из Университета Райса предложил использовать биологические материалы в качестве компонентов роботов. Исследователи обратили внимание на пауков, которые управляют движением своих ног с помощью гидравлической системы. Так, чтобы разогнуть ноги, эти членистоногие поднимают давление гемолимфы, напрягая мышцы тела. По этой причине ноги у мертвого паука загнуты внутрь.

В новой работе исследователи переделали неповрежденные тела мертвых пауков в захват с пневматическим приводом, чему предшествовал простой этап подготовки. Они взяли пауков-волков (Lycosidae), после чего усыпили их, держа при температуре примерно минус четыре градуса Цельсия в течение пяти—семи дней. Затем в просому ввели иглу и герметично закрепили ее на теле с помощью клея (вся эта процедура, по сообщениям авторов, может занимать не больше десяти минут). После того, как клей засохнет, инженерам оставалось лишь присоединить к игле инъекционный шприц или любой другой подходящий источник давления.

Внешний источник давления в этой конструкции заменяет естественное давление гемолимфы внутри паука, приводя в движение его ноги. То есть при повышении давления лапки паука разжимаются, а при его падении — сжимаются, работая как захват. Готовый к использованию захват оказался способен поднимать предметы, масса которых превышала его собственный в 1,3 раза. При этом максимальная сила хвата в полностью сжатом состоянии достигала 0,35 миллиньютона, а минимальная (инженеры научились ее регулировать) — 0,02 миллиньютона.

Исследователи также изучили долговечность изготовленной конструкции. Для этого они протестировали ее в течение 1000 повторений. Ноги паука разжимались под давлением 5,5 килопаскаля, а сжимались, опуская давление до нуля. Затем они изучили тело животного с помощью растрового электронного микроскопа. Оказалось, что в сочленовых мембранах пателлофеморальных суставов наблюдались трещины. Это может быть связано с обезвоживанием, в результате чего мембрана становилась более хрупкой и подверженной механическим повреждениям. В то же время вертлуги сохранились значительно лучше, исходя из чего, исследователи сделали вывод, что они способны выдерживать большее давление при больших деформациях, нежели пателлофеморальные суставы. Ученые также провели рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию, которая показала, что через час и через семь дней после смерти паука серьезных изменений в химической структуре его ног, способных повлиять на эффективность захвата, не произошло.

По словам авторов работы, опыты показали эффективность использования изготовленного пневматического захвата. Так, он подходил для подъема гладких предметов неправильной формы, например, яиц. Кроме того, инженеры подняли пенополиуретановый предмет, объем которого в 2,6 раза превышал сам захват. Они предположили, что микроскопические волоски на паучьих лапках повышают силу захвата. Это может быть выгодно при необходимости захватить предмет с гладкой поверхностью. По мнению исследователей, ручное управление таким захватом позволит использовать его на открытом воздухе для сбора мелких и хрупких образцов, а также для захвата в природе мелких биологических существ, например, мух, используя естественную маскировку.

Недавно на N + 1 рассказывали о других роботах. Так, американские инженеры создали миниатюрного робота-амфибию, который прогулялся по желудку свиньи. Кроме того, они сделали роботизированный аналог Nautilus pompilius, который помог изучить движение головоногих моллюсков.

Михаил Подрезов