Сахараские серебристые муравьи могут управлять электромагнитными волнами в чрезвычайно широком спектральном диапазоне
Исследователи под руководством Нанфан Ю из Колумбийской школы инженерии обнаружили две ключевые стратегии, позволяющие сахараским серебристым муравьям (Cataglyphis bombycina) оставаться прохладными в одной из самых жарких наземных сред на Земле. Работа опубликована 18 июня в журнале Science.
Ключевое открытие: Муравьи используют покров из уникальных по форме волосков для контроля электромагнитных волн в чрезвычайно широком диапазоне — от солнечного спектра (видимый и ближний инфракрасный свет) до спектра теплового излучения (средний инфракрасный). Для одной биологической функции — снижения температуры тела — в разных спектральных диапазонах используются разные физические механизмы.
Экстремальные условия: Муравьи фуражируют в полуденное солнце в пустыне Сахара, когда температура поверхности достигает 70°C. Они должны поддерживать температуру тела ниже своего критического максимума в 53.6°C.
Роль волосков: С помощью электронной микроскопии и ионно-лучевой обработки обнаружено, что волоски с треугольным поперечным сечением покрывают тело муравья сверху и с боков. Они работают двумя способами:
- Высокая отражательная способность в видимом и ближнем ИК-диапазоне (область максимального солнечного излучения).
- Высокая излучательная способность в среднем ИК-диапазоне. Здесь волоски действуют как антиотражающий слой, усиливающий способность муравьев сбрасывать избыточное тепло через тепловое излучение в холодное небо.
Эффект охлаждения: Сочетание повышенной отражательной способности в солнечном спектре и повышенной эффективности теплового излучения снижает температуру тела серебристых муравьев на 5–10 градусов по сравнению с гипотетической ситуацией без волосяного покрова.
Перспективы применения: Это биологическое решение терморегуляторной задачи может привести к созданию новых плоских оптических компонентов («метаповерхностей») с оптимальными охлаждающими свойствами. Такие поверхности, вдохновленные биологией, будут иметь высокую отражательную способность в солнечном спектре и высокую эффективность излучения в тепловом спектре, что может найти применение для охлаждения транспортных средств, зданий, приборов и даже одежды.
Цитата Нанфан Ю: «Это наглядный пример того, как эволюция вызвала адаптацию физических атрибутов для выполнения физиологической задачи и обеспечения выживания... Наше исследование показывает, что свет, невидимый для человеческого глаза, не обязательно означает, что он не играет crucial роли для живых организмов».