Ученые из университета Хериот-Ватт (Шотландия) вместе с коллегами из Национального музея Шотландии и Немецкого энтомологического института Зенкенберга провели исследование, в ходе которого обнаружили, что система разрезания листа жуками-пилильщиками идеально подходит для создания перспективных хирургических инструментов. Результаты исследования опубликованы в журнале Bioinspiraton & Biomimetics.
Когда самки пилильщиков прорезают ходы в листьях, чтобы отложить яйца, они не должны причинить вред растению. Яйцеклад насекомого действует как возвратно-поступательная пила, два зубчатых лезвия которой прорезают только те материалы, которые не превышают определенный порог прочности. Такой механизм автоматически избегает трубок, по которым в растение поступают вода и питательные вещества. Растение не погибает и в дальнейшем служит источником пищи для личинок.
Эта избирательная обрезка происходит исключительно за счет геометрии и состава зубьев, которые взаимодействуют с различными свойствами материала растения. Здесь нет ни датчиков, ни компьютеров, а есть лишь элегантная инженерная разработка, отточенная миллионами лет эволюции.
Исследователи изучили два из 8 тыс. видов пилильщиков и с помощью электронной микроскопии и 3D-визуализации увеличили режущий механизм насекомого в 400 раз. Они обнаружили, что мелкие зазубрины в сочетании с более крупными выступами обеспечивают избирательную резку, а форма зубьев приспособлена для разрезания различных слоев растительных тканей.
Ученые протестировали механизм на лабораторных подложках, которые имитируют свойства человеческих тканей. Они заметили, что при напряжении ниже предельного порога механизм чисто разрезал ткани, а при напряжении выше порога смещался из зоны резки.
Исследователи считают, что такой инструмент позволит избегать ошибок во время операции и надрезки важных тканей. Они надеются, что на основе разработанной ими модели механизма избирательной резки, которая регулирует угол в зависимости от материала, в будущем удастся создать хирургические инструменты нового поколения. Такие скальпели будут сочетать точность ножниц и безопасность электрохирургических инструментов, что поможет минимизировать повреждение здоровых тканей во время операции.
Ученые также планируют продолжить изучение пил насекомых и надеются выяснить, как каждая из них приспособлена к разным видам растений.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что в Дании приготовили муравьиный йогурт.
