Волосатая ситуация: шерсть увеличивает площадь поверхности животных в 100 раз
Исследователи из Технологического института Джорджии проанализировали более двух десятков исследований и провели измерения поверхности 27 млекопитающих и насекомых, чтобы понять, как животные очищают себя. Результаты могут помочь в защите искусственных структур — таких как датчики, роботы и беспилотные летательные аппараты — от загрязнений, пыльцы и грязи. Обзорное исследование опубликовано в Journal of Experimental Biology.
Команда сосредоточилась на том, как шерсть позволяет животным как пачкаться, так и оставаться чистыми. Исследователи выяснили, что у медоносной пчелы столько же волосков, сколько у белки: 3 миллиона. Это ничто по сравнению с бабочками и мотыльками — у каждого почти 10 миллиардов волосков. Для сравнения, на голове человека всего 100 000.
«Вероятно, животные эволюционировали с шерстью, чтобы сохранять тепло. Но это также создаёт бремя, — сказал соавтор исследования, доцент Дэвид Ху. — Больше волос означает большую площадь поверхности, которая может улавливать грязь, пыль и пыльцу».
Ху и его аспирант-механик Гильермо Амадор провели расчёты, чтобы найти истинную площадь поверхности животных — площадь, включающую все места, где может скапливаться грязь. Чем волосатее существо, тем больше его истинная площадь поверхности. По словам команды, она в 100 раз больше, чем площадь его кожи.
«Истинная площадь поверхности медоносной пчелы размером с кусок тоста, — сказал Ху. — У кошки — со стол для пинг-понга. У морской выдры — как у профессиональной хоккейной площадки».
И вместе с этой огромной площадью возникает проблема очистки от грязи. Оказывается, животные используют множество способов оставаться чистыми. Некоторые зависят от невозобновляемых стратегий и используют собственную энергию.
«Собаки стряхивают воду со спины, как стиральная машина, — сказал недавно защитившийся Амадор. — Пчёлы используют щетинистые придатки, чтобы счищать пыльцу с глаз и тела. Плодовые мушки используют волоски на голове и груди, чтобы «катапультировать» пыль с ускорением до 500 g».
Другие животные и насекомые используют более эффективные, возобновляемые тактики очистки.
«Им не нужно делать что-то дополнительное, чтобы оставаться чистыми. Это просто происходит», — сказал Амадор.
Например, ресницы защищают млекопитающих, минимизируя поток воздуха и направляя частицы от глаз. У цикад есть острые точки на крыльях, которые действуют как «подушечки для булавок», буквально лопающие бактерии в воздухе, как воздушные шарики.
Именно эти возобновляемые тактики очистки заставляют команду из Джорджии задуматься о технологических приложениях.
«Понимание того, как биологические системы, такие как ресницы, предотвращают загрязнение, взаимодействуя с окружающей средой, может вдохновить на создание энергоэффективных решений для защиты чувствительного оборудования от пыли и грязи, — сказал Ху. — Дроны и другие автономные аппараты, включая наши машины на Марсе, уязвимы к отказам из-за накопления взвешенных частиц».
Исследование «Cleanliness is next to godliness: mechanisms for staying clean» опубликовано в текущем выпуске (Vol. 218/Issue 20) журнала Journal of Experimental Biology.