Войти

Жучей смазке нашли применение в микроробототехнике

1703
0
0
Жучей смазке нашли применение в микроробототехнике
Жучей смазке нашли применение в микроробототехнике.
Источник изображения: Konstantin Nadein et. al. / Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2021

Зоологи из Германии и химики из Дании обнаружили смазывающее вещество на белковой основе в бедренно-большеберцовом суставе жука-чернотелки. Ученые провели химический анализ смазки, а также выяснили, как именно она защищает суставы насекомых от износа. Секретируемое вещество может стать перспективным смазочным материалом для использования в микроробототехнике и для изготовления протезов, если изобрести экономичный способ его производства. Работа опубликована в журнале Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.

У человека и других позвоночных суставы заключены полость, заполненную синовиальной жидкостью, которая снижает трение и помогает защитить поверхности костей от износа в местах их соприкосновения. Суставы насекомых, в свою очередь, не помещены в капсулу, а обнажены. Предыдущие исследования демонстрировали, что поверхность контактирующих областей в суставе насекомых покрыта поровыми канальцами, которые транспортируют секреты, выделяемые эпителиальными клетками. Однако до сих пор механизм снижения трения в суставах конечностей насекомых оставался неясным.

Теперь исследователи под руководством Константина Надеина (Konstantin Nadein) из Кильского университета имени Кристиана Альбрехта обнаружили, что поры на поверхности суставов у жуков вида Zophobas morio (из семейства чернотелок) выделяют смазывающее вещество в виде цилиндрических фрагментов. Авторы статьи изучили состав смазки и механизм, с помощью которого она снижает трение суставных поверхностей насекомых.

Используя сканирующий электронный микроскоп, исследователи получили изображения «коленного» сустава жука Zophobas morio. Они обнаружили, что контактные поверхности бедренной и большеберцовой частей сустава покрыты множеством отверстий диаметром около одного микрометра. Расстояние между ними в среднем в три-четыре раза превышает диаметр поры. Исследователи разглядели, как из этих пор выделяется воскоподобное вещество в виде цилиндрических фрагментов, соединенных между собой тонкими нитями. Длина нитевидных потоков варьируется от одного до десятков микрометров. Нити могут разбиваться на кусочки разной длины или оставаться целыми, собираясь в комки длиной более двухсот микрометров и толщиной в десятки микрометров.


СЭМ-изображения пор и смазывающего секрета бедренно-большеберцового сустава жука Zophobas morio

Источник изображения: Konstantin Nadein et. al. / Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2021


Исследователи выяснили, что смазка распространяется по суставам за счет движений большеберцовой кости относительно бедренной кости, одновременно распадаясь на мелкие фрагменты. Легко подвергаясь пластическим деформациям, смазывающее вещество адаптируется к различным нагрузкам. Если насекомое испытывает небольшую нагрузку, секрет ведет себя как сухая смазка, и цилиндрические фрагменты практически не деформируются, а при высоких нагрузках кусочки смазки истончаются и растекаются по поверхности сустава как вязкая жидкость.

Также исследователи изучили физические и химические свойства смазывающего секрета жуков. Смазка не растворялась (при комнатной температуре) в дистиллированной воде, а также плохо растворялась в соляной кислоте и хлороформе. Однако вещество было хорошо растворимо в этиловом спирте (99,8-процентном) и в 10-процентной щелочи. Температура плавления смазки достигала больше 100 градусов по Цельсию. При помощи инфракрасной спектроскопии ученые установили, что смазка преимущественно состоит из белков, также в ней, вероятно, присутствуют жирные кислоты или липиды, но в небольшом количестве.

Для оценки смазывающих свойств секрета, исследователи поместили между стеклянными пластинами жучью смазку и решили сравнить ее с тефлоном (твердой смазкой) и вакуумной (вязкой) смазкой. Стеклянные пластины терли (вперед-назад) со скоростью 78 микрометров в секунду при нагрузке 53,33–766,67 килопаскалей. Коэффициент трения скольжения смазанных жучьим секретом стекол (µ = 0,13) оказался сопоставим со значением, полученным для тефлона (µ = 0,14). Коэффициент трения в случае вакуумной смазки был значительно выше (µ = 1,13).

Насекомые являются традиционными объектами биомиметических исследований. В прошлом месяце китайские инженеры выяснили роль волосков на поверхности пчелиного брюшка — оказалось, что они снижают контакт между брюшными пластинками, тем самым понижая трение между ними. Это позволяет пчелам совершать телескопические движения брюшком с экономией 40 процентов энергии на силе трения. Такие покрытия помогут при разработке материалов, при эксплуатации которых сухого трения не избежать (например, в вакуумных установках).

Виктория Барановская

Права на данный материал принадлежат
Материал размещён правообладателем в открытом доступе
  • В новости упоминаются
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ
Ежедневная рассылка новостей ВПК на электронный почтовый ящик
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
    Обновить
  • 26.07 14:14
  • 9736
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 26.07 05:31
  • 108
Обзор программы создания Ил-114-300
  • 26.07 01:57
  • 2
ВМС США испытали новую систему перезарядки ракетных установок непосредственно в море
  • 25.07 15:29
  • 1
Мордашов видит тренд на чеболизацию российской экономики
  • 25.07 12:07
  • 2
БМПТ "Терминатор" может сменить название на российское
  • 25.07 05:46
  • 0
Ответ на "Будущее американского истребителя шестого поколения F/A-XX остаётся под вопросом"
  • 25.07 04:09
  • 0
Ответ на "Крейсер "Адмирал Нахимов" может скоро войти в боевой состав ВМФ РФ"
  • 25.07 03:48
  • 0
Ответ на "Путин попросил доложить о создании атомной подлодки пятого поколения"
  • 25.07 03:35
  • 1
В России рассказали о создании транспортеров на шасси Lada
  • 25.07 03:21
  • 6
Не стесняясь комплексов: российский флот начал масштабные учения перед Днем ВМФ
  • 25.07 02:55
  • 0
Ответ на "БМПТ "Терминатор" может сменить название на российское"
  • 25.07 02:47
  • 1
Путин попросил доложить о создании атомной подлодки пятого поколения
  • 25.07 02:37
  • 1
Крейсер "Адмирал Нахимов" может скоро войти в боевой состав ВМФ РФ
  • 24.07 15:19
  • 0
Совместному белорусско-российскому производству боевых дронов быть?
  • 24.07 10:13
  • 0
«Запад-2025» – готовность к диалогу