Цивилизация
Инженеры Калтеха и Стенфордского университета разработали протез-стимулятор, который позволяет медузам плавать в 2-3 раза быстрее. Таких медуз можно будет использовать для исследовательских целей и сбора информации об океане. Подробности эксперимента изложены в статье в журнале Science Advances.
Медузы передвигаются с помощью сокращений собственного тела. Протез подает электрические импульсы, регулируя и ускоряя пульсацию, подобно тому, как кардиостимулятор контролирует частоту сердечных сокращений. Диаметр устройства — около двух см, оно крепится к телу медузы с помощью деревянного шипа.
Как правило, медузы движутся со скоростью около 2 см в секунду. Физически они способны делать это быстрее, но скорость не дает им никаких преимуществ. Дополнительная стимуляция позволила им развить скорость до 4-6 см в секунду. Несмотря на то что медузы ускорялись до трех раз, они тратили на это максимум в два раза больше энергии — это измерялось по количеству кислорода, которое животное потребляло за время плавания.
«Протезированные» медузы оказались в тысячу раз эффективнее, чем плавающие роботы, отмечают исследователи.
«Мы показали, что медузы способны двигаться намного быстрее, чем обычно, без чрезмерных энергетических затрат, — рассказывает Николь Сю из Стенфордского университета. — Это демонстрирует, что у медуз есть способность к более быстрому и эффективному плаванию, просто они ее обычно не используют».
Животные от экспериментов не пострадали, заверяют исследователи. У медуз нет ни мозга, ни болевых рецепторов. При стрессе они выделяют слизь, но в данном случае этого не наблюдалось. После удаления протеза медузы плавали так, как раньше.
Профессор Джон Дабири ранее создавал роботов по подобию настоящих животных, однако они требовали гораздо больше энергии для решения тех же задач. Работа же с чисто биологическими системами осложнялась их хрупкостью — так, клетки сердца крысы реагируют на электрические поля и потенциально могут быть материалом для создания биологических систем, но способны выжить только в лабораторных условиях.
Идея роботизировать медуз впервые пришла к ученому в 2013 году. Дабири интересовало исследование и зондирование океана. Современные технологии пока не позволяют проникнуть во все его уголки, медузы же водятся практически везде, от поверхности до дна глубоких впадин.
«Исследовано лишь 5-10% океана, — говорит Дабири. — Исследования с применением судовых средств измерений обходятся дорого, и мы хотим воспользоваться медузами, которые есть повсюду. Если мы найдем способ их направлять, а также оснастим датчиками, отслеживающими температуру, уровень кислорода, соленость и т. п., то сможем охватить весь океан. Каждая роботизированная медуза обойдется в несколько долларов, а получать энергию она будет самостоятельно, питаясь как обычно».
Таким образом, следующими шагом станет разработка системы, которая позволит не только ускорять медуз, но и контролировать их направление. Дабири рассчитывает создать еще более компактные устройства, которые будут полностью находиться в теле медузы.
Ранее китайские физики разработали присоски для лазания по стенам, которые способны прилипать к любой шероховатой поверхности, затрачивая минимум электроэнергии и немного воды.
Современные вакуумные присоски используются во всевозможных манипуляторах для подъема и перемещения предметов, в сельском хозяйстве, в хирургии и других областях. Они хорошо работают на гладких поверхностях, однако главной проблемой в их использовании становятся утечки воздуха, которые неизбежно возникают в случае, если поверхность шероховатая.
Физики из Чжэцзянского университета создали принципиально новый вид присосок, в которых герметичность откачанной области обеспечивается путем создания кольца быстро вращающейся воды.
Этот метод использует центробежную силу вращающейся жидкости, которая служит своеобразным уплотнителем, закупоривает все имеющиеся неровности и препятствует утечкам воздуха.
Кроме того, такая присоска весит в несколько раз меньше своего традиционного аналога и энергии потребляет намного меньше.