Обратимая слюна позволяет лягушкам удерживать добычу
Лягушка использует свой кнутообразный язык, чтобы поймать добычу быстрее, чем человек моргнет, с силой, в пять раз превышающей силу тяжести. Как она удерживает жертву, когда та стремительно втягивается в рот?
Новое исследование Технологического института Джорджии показывает, что липкость языка обусловлена уникальной обратимой слюной в сочетании с сверхмягким языком. Слюна лягушки густая и липкая во время захвата добычи, а затем становится жидкой и водянистой, когда жертва снимается внутри рта. Язык, который оказался мягким, как ткань мозга, и в 10 раз мягче человеческого, растягивается и накапливает энергию, подобно пружине. Эта комбинация слюны и мягкости настолько эффективна, что обеспечивает языку в 50 раз большую работу адгезии, чем у синтетических полимерных материалов, таких как липкие игрушки-руки.
Исследователи снимали лягушек, поедающих сверчков, в сверхзамедленной съемке, чтобы лучше понять физику процесса. Они также собрали образцы слюны и измерили мягкость ткани.
«Язык действует как тарзанка, когда цепляется за добычу», — говорит Алексис Ноэль, аспирант-механик, руководивший исследованием. — «Он деформируется, оттягиваясь ко рту, постоянно накапливая приложенные силы в своей эластичной ткани и рассеивая их за счет внутреннего демпфирования».
Это демпфирование ткани, по словам Ноэль, похоже на амортизаторы автомобиля. Мягкость языка также позволяет ему менять форму во время контакта и сразу после него при втягивании.
Другой жизненно важный компонент процесса захвата — универсальная слюна лягушки.
«На самом деле есть три фазы, — объясняет Ноэль. — Когда язык впервые ударяет насекомое, слюна почти как вода и заполняет все щели жука. Затем, когда язык отскакивает назад, слюна меняется и становится более вязкой — даже гуще меда — цепляясь за насекомое для обратного пути. Слюна снова становится водянистой, когда насекомое соскабливается внутри рта».
В отличие от воды и меда, слюна лягушки может менять свою вязкость в зависимости от скорости сдвига, подобно краске. Краска легко наносится, но прочно держится на стене после удаления кисти.
«У лягушек слюна легко проникает при ударе о насекомое, а затем сгущается при втягивании», — говорит она.
Этот «переключатель» слюны нельзя увидеть на замедленных видео. Чтобы определить скорость сдвига, при которой вязкость падает, Ноэль собрала слюну у 18 лягушек и поместила образцы в реометр — высокочувствительный прибор для измерения свойств жидкостей.
Дэвид Ху, профессор-консультант Ноэль, отмечает, что исследование может помочь инженерам в разработке обратимых адгезивов для высоких скоростей.
«Большинство созданных адгезивов жесткие, особенно скотч. Языки лягушек могут прикрепляться и повторно прикрепляться с мягкими, особыми свойствами, которые намного липче, чем у обычных материалов. Возможно, эта технология может быть использована для новых пластырей или для создания новых материалов в мягком производстве».
Исследование «Лягушки используют вязкоупругий язык и неньютоновскую слюну для ловли добычи» опубликовано в Journal of the Royal Society Interface.