Устают ли насекомые?

Исследователи из Тринити-колледжа в Дублине показали, что, хотя насекомые состоят из одного из самых прочных природных материалов, их ноги и крылья могут изнашиваться со временем. Результаты только что опубликованы в Journal of Experimental Biology.

«Главная причина поломок автомобилей, самолетов и других механических конструкций — усталость материала», — сказал доктор Ян-Хеннинг Диркс, изучавший биомеханику насекомых вместе с Эоином Парлом и профессором Дэвидом Тейлором. «Долгое время было известно, что такое усталостное поведение легко возникает в одних материалах, но гораздо реже в других. Поэтому инженеры постоянно ищут идеи для создания более безопасных и долговечных материалов».

Но до сих пор ничего не было известно об усталостных свойствах второго по распространенности природного материала в мире — кутикулы насекомых.

Насекомые считаются одной из самых разнообразных групп животных, но у них есть общая черта: все они состоят из материала под названием кутикула. «Экзоскелет насекомых поддерживает их так же, как наши кости поддерживают наше тело, — сказал Диркс. — Одновременно кутикула действует как защитная кожа. Это чрезвычайно универсальный биологический материал. Если мы поймем, как он ведет себя при повторяющихся нагрузках, мы сможем создавать более долговечные биомиметические материалы для многих применений».

В качестве первого шага команда изучила кутикулу пустынной саранчи. «Эти саранчи способны перелетать океаны и пустыни, часто в течение дней или недель, — сказал Парл, пишущий диссертацию о механических свойствах кутикулы насекомых. — Их крылья совершают сотни тысяч взмахов, а задними ногами они выполняют тысячи прыжков».

Чтобы измерить усталостные свойства кутикулы, команда взяла образцы ног и крыльев и механически смоделировала повторяющуюся нагрузку, возникающую при взмахах крыльев и прыжках. Исследователи смогли показать, что обе структуры выдерживают сотни тысяч циклов, причем ноги заметно более устойчивы к усталости. «Наши результаты также показывают, что благодаря своей форме и волокнистому материалу ноги очень хорошо приспособлены для сопротивления типам разрушения, которые могут возникать при прыжках и ударах», — сказал Парл.

«Впервые мы теперь действительно знаем, что кутикула насекомых проявляет усталость материала после повторяющихся нагрузок», — сказал Тейлор. «Эти результаты, очевидно, лишь первый шаг. Изучение кутикулы насекомых не только стимулирует мышление с инженерной точки зрения, где наши выводы могут помочь в разработке более долговечных композитных материалов. Наши результаты также интересны с биологической точки зрения, где мы можем больше узнать о том, как насекомые эволюционировали, чтобы стать одной из самых успешных групп животных».