Учёные открыли новый секрет движения змей
Змеи при движении гораздо больше полагаются на трение, которое обеспечивает чешуя, нежели на инерционные силы. Работа, проведённая физиками из технологического института Джорджии (Georgia Institute of Technology), помогла понять, как рептилиям удаётся передвигаться по поверхности, на которой не от чего оттолкнуться.
Считается, что змея ползёт за счёт своего волнообразного движения. Другие исследования показали, что часто змеи отталкиваются от предметов, которые им встречаются на пути (камни, ветки, небольшие бугорки на поверхности земли).
Однако о том, как им удаётся передвигаться по достаточно гладким поверхностям (песок, асфальт), было известно очень мало.
Учёные также давно знают, что змеи легче передвигаются вперёд, хуже назад, но никто никогда не пытался определить, способны ли они скользить в сторону.
С помощью поляризованного света, просвечивающего сквозь желатин, учёные смогли выяснить, где при движении змея прикладывает наибольшие силы (фото David Hu и Grace Pryor).
А Дэвид Ху (David Hu) и его коллеги решили это проверить. Физики хотели измерить, есть ли у чешуи змеи боковое трение.
Для этого они спустили по наклонной поверхности десяток королевских змей Кэмпбелла (Lampropeltis triangulum campbelli). Сначала вперёд головой, потом хвостом, а потом боком.
В первой части достаточно простого эксперимента змеи скользили по грубой ткани, во второй – по менее шероховатому картону.
И если на гладкой поверхности змеи двигались одинаково практически во всех направлениях, то ткань больше всего «тормозила» боковое движение (то есть наибольшим было именно боковое трение).
Когда физики использовали эти данные в своей математической модели, «теоретическая» змея поползла по практически такой же траектории, что и настоящие змеи.
Однако сильно отличалась скорость движения модельной и реальных змей.
Немного поломав голову, учёные пришли к выводу, что настоящие змеи ко всему прочему перераспределяют вес тела в зависимости от того, какие части трутся сильнее (а значит, и замедляют движение).
Специальные мешочки из ткани, надетые поверх тела змей, помогли выяснить, что эти рептилии не могут передвигаться без помощи «цепляющихся за землю» чешуек (на фото справа). Ху сравнивает чешуйки с лезвиями коньков, на которых удобно двигать вперёд и назад, но почти невозможно в сторону (фото David Hu).
После внесения соответствующих изменений в математическую модель «теоретическая» змея стала двигаться на 35% быстрее. А это значение было гораздо ближе к скорости движения настоящих королевских змей Кэмпбелла.
Измерив соотношение инерционных сил и сил трения, американцы пришли к выводу, что вторые вносят на порядок больший вклад в движение рептилий.
Данное теоретическое исследование имеет вполне реальное применение. Многие научные группы создают роботов-змей.
И им важно узнать больше о том, как передвигаются настоящие рептилии.
Некоторые робототехнические механизмы обладают колёсами, которые препятствуют движению в сторону. Однако если разработчики роботов подберут материал с такими же свойствами, как у чешуек змей, то, возможно, от колёс можно будет отказаться.
Подробнее о проведённом исследовании можно узнать из пресс-релиза института и статьи авторов открытия, вышедшей в PNAS.
Узнайте также о том, зачем змеи пожирают своё потомство, как голодают, но при этом растут в длину и почему получают яд от своих жертв.
А ещё мы писали о змее-хамелеоне, слепой рептилии, змее со скрытой ногой, самой первой и самой маленькой в мире.
Опасное лекарство: в Таджикистане ученые делают препараты из яда змей — МИР 24
