Змеи способны на один из самых впечатляющих трюков в природе: они могут стоять почти вертикально на узкой ветке, поднимая до 70% тела и не имея при этом ни рук, ни ног. Ученые из Гарвардского университета (США) выяснили, как рептилиям удается бросать вызов гравитации, и представили результаты в Journal of the Royal Society Interface.
Исследователи выяснили, что секрет кроется не в напряжении, а в локализации усилий. Наблюдая за коричневыми бойгами и питонами, ученые заметили: змеи концентрируют изгибы и мышечную активность только в короткой зоне у основания, где тело отрывается от опоры. Выше этой точки тело остается почти идеально прямым, так как гравитация там практически не создает изгибающего момента. Такой подход резко снижает затраты энергии на поддержание позы.
Чтобы подтвердить теорию, команда создала математическую модель, представив змею как «активную эластичную нить» — структуру, способную чувствовать свою форму и реагировать на это мышечными усилиями. Были протестированы две стратегии управления: локальная обратная связь (мышцы просто делают тело жестче в месте изгиба) и оптимальное управление (мышцы координируются по всей длине для экономии энергии). Оба метода воспроизвели характерную S-образную стойку, но оптимальный подход потребовал в разы меньше мышечных усилий.
Главным открытием стало то, что самая трудная задача для змеи — не подъем тела, а удержание равновесия. Именно поэтому поднявшиеся змеи всегда медленно и плавно покачиваются: их тело прикладывает значительные динамические усилия, чтобы не упасть, хотя статическая поза достигается легко.
Ученые отмечают, что природа в очередной раз показывает, что достижение обеспечивается не только силой, но и «интеллектом». Обнаруженные экспериментально принципы локального контроля и баланса могут лечь в основу создания гибких роботов, медицинских устройств и других конструкций, которые должны сохранять устойчивость, вытягиваясь вверх или преодолевая препятствия. Сосредоточив управление там, где это действительно важно, инженеры смогут создавать машины, одновременно эффективные и устойчивые.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что потеря особого гормона сделала змей мастерами голодания.
