Хобот слона подсказал дизайн новых мягких захватов для роботов

Секрет надежности хобота слона может изменить будущее робототехники. Под кожей нижней части хобота расположены особые структуры — куполообразные дермальные сосочки, которые усиливают механическое напряжение в местах расположения чувствительных нервов.

Крупный план хобота африканского слона, демонстрирующий структуру кожи на его верхней поверхности

Источник: Маттео Ло Прети и Лючия Беккай / phys.org

Уникальная структура кожи хобота слона может стать основой для создания нового поколения мягких роботизированных систем с улучшенным захватом и чувствительностью. К такому выводу пришла команда исследователей из Итальянского технологического института.

Материалом для исследования стал хобот взрослого азиатского слона, который умер естественной смертью в Цюрихском зоопарке (Швейцария) в 2020 году.

В статье, опубликованной в PNAS Nexus, авторы представили результаты комплексного изучения 35 образцов тканей. Для этого они применили биомеханические испытания, гистологию, комплекс методов визуализации и компьютерное моделирование.

Анализ показал: кожа хобота неоднородна и имеет ярко выраженную разницу между верхней и нижней частями. Верхняя часть выполняет роль прочного, но чувствительного панциря — она в 3,14 раза прочнее нижней. Нижняя же отличается высокой гибкостью и отвечает за надежный захват предметов: ее низкая жесткость позволяет плотно прилегать к объектам, увеличивая площадь контакта.

Изображение под цифровым микроскопом небольшого образца кожи с хобота азиатского слона

Источник: Итальянский технологический институт

Под кожей нижней части хобота расположены куполообразные дермальные сосочки. Компьютерное моделирование методом конечных элементов подтвердило: эти структуры работают как подповерхностная механическая линза — они концентрируют и усиливают механическое напряжение в местах расположения чувствительных нервов.

Эта функционально зонированная архитектура представляет собой готовый проект для следующего поколения мягких роботизированных систем

Лючия Беккай

автор исследования из Итальянского технологического института

По мнению ученых, используя биомиметические подходы, инженеры смогут создавать роботизированные захваты с пассивной внешней защитой. Такая конструкция будет усиливать слабые тактильные сигналы, не подвергая хрупкие датчики механическому износу. В перспективе это позволит разработать роботов, способных выполнять тонкие операции с точным контролем силы и ощущений — от манипуляций с хрупкими предметами до сложных медицинских процедур.

Ранее Наука Mail рассказывала, что названо самое осторожное к человеку животное Африки.