Ноги насекомых подсказывают, как улучшить конструкцию самолетов

Исследование ног насекомых может помочь инженерам повысить безопасность длинных трубчатых конструкций, используемых в авиации для снижения веса, и в медицинском оборудовании, например, в катетерах. Ученые из Тринити-колледжа в Дублине изучают, как ноги разной формы у саранчи, тараканов, палочников и пчел изгибаются и теряют устойчивость (подвергаются буклингу) под нагрузкой.

«Тонкостенные трубки склонны к разрушению из-за потери устойчивости, — сказал профессор Дэвид Тейлор, один из ведущих исследователей. — Трудно предсказать условия нагрузки, которые вызывают этот процесс, особенно для труб нестандартного поперечного сечения. Представьте соломинку для напитков. Если вы ее согнете, она внезапно сломается».

Исследователи выбрали насекомых с разной формой ног и образом жизни.

• Палочники имеют пять продольных гребней на ногах. «Мы обнаружили, что эти гребни не предотвращают потерю устойчивости, — сказал Тейлор, — но они помогают ногам сохранять целостность. В частности, они помогают сопротивляться особому типу потери устойчивости, называемому упругим буклингом. Это показывает, как свойства материала и геометрия могут взаимодействовать сложным образом, что необходимо учитывать при проектировании тонкостенных труб».
• Пчелы имеют ноги с треугольным поперечным сечением, включающим большую плоскую область, где находится «корзиночка» для пыльцы. Исследователи выяснили, что это незначительно влияет на изгибающий момент до разрушения, показывая, что некруглые сечения можно проектировать без ущерба для механической прочности.
• Саранча и тараканы имеют полые ноги с почти круглым поперечным сечением и почти ломают их при прыжке. «По сути, они приближаются к пределу. Это эволюция, работающая на грани», — отметил Тейлор.

Надеются, что понимание строения кутикулы насекомых вдохновит на создание будущих биомиметических материалов (то есть материалов, вдохновленных природой). «Хотя членистоногая кутикула — один из самых распространенных материалов в мире, мы знаем о ней не так уж много», — сказал Тейлор.

Следующие шаги исследования включают тестирование реакции живых насекомых на стресс.