Роботы копируют моллюска-чемпиона

Моллюски в большинстве своем неспособны перемещаться сколько-нибудь быстро, а брюхоногие моллюски даже являются символом медлительности: выражение "ползти как улитка" в той или иной форме имеется во многих языках мира. Исключение составляют лишь головоногие: кальмары, каракатицы, осьминоги. Что же касается двух других основных классов - двустворчатых и уже упомянутых брюхоногих, - то они ведут либо малоподвижный, либо вовсе неподвижный образ жизни. Однако и среди неторопливых моллюсков есть, конечно, свои чемпионы по скоростному передвижению. К ним относится двустворчатый моллюск, известный под названием "морской черенок" (Ensis ensis).

Моллюск-чемпион

Для этого вида, обитающего в песчаных грунтах и широко распространенного по всему миру, включая Северное и Средиземное моря, характерны сильно удлиненная раковина, формой напоминающая ножны, и мускулистая нога, позволяющая быстро закапываться в грунт. Конечно, быстро - понятие относительное, и та скорость, с которой морской черенок умудряется вертикально погружаться в песок, кому-то может показаться скромной, но для моллюсков это рекорд: сантиметр в минуту.

Умение столь стремительно зарываться в морское дно привлекло к черенку пристальное внимание ученых. Оказалось, что моллюск добивается такого эффекта, используя хитроумный прием, говорит Керстин Нордстром (Kerstin Nordstrom), научная сотрудница Института электроники и прикладной физики Мэрилендского университета в Колледж-Парке: "Моллюск рывком сдвигает створки своей раковины и тем самым взвихривает под собой песок. В результате плотный грунт на короткое время становится податливым, как бы разжижается. Образуется суспензия, в нее моллюск легко вдвигает свою ногу и может втянуться вглубь сразу на значительное расстояние. Затем черенок снова раздвигает створки раковины, и весь процесс повторяется".

Десятикратная эффективность

По сути дела, моллюск сам себе создает зыбучий песок, в котором быстро тонет. Больше всего исследователей поразила эффективность этого трюка: ни один из разработанных инженерами механизмов для земляных работ не в состоянии конкурировать с морским черенком, говорит Керстин Нордстром: "Существуют технические устройства с приводом типа гребного винта, есть шнековые буры, ввинчивающиеся в грунт, есть и машины, погружающиеся в песок за счет вибрации. Но морской черенок делает это намного эффективнее. Конкретно - в 10 раз эффективнее, чем любая из имеющихся сегодня технологий".

Специалисты Мэрилендского университета решили в лаборатории искусственно воспроизвести прием, применяемый морским черенком, и сконструировали механизм, в котором гидравлический привод мог рывком сводить и разводить две продолговатые металлические створки.

Прототип RoboClam

Прототип получил название RoboClam, то есть "робот-двустворчатый моллюск". А чтобы убедиться в том, что он действительно способен разжижать песок, исследователи производили испытания в специальном контейнере с лазерной подсветкой. "Мы разработали такую опытную схему, которая позволяет нам как бы заглянуть внутрь песка, - поясняет Керстин Нордстром. - Мы взяли небольшой аквариум, налили в него подкрашенной воды и засыпали доверху мелкими крупинками, имитирующими песок. Этот аквариум освещается с разных сторон лучами лазера. В результате частицы красящего пигмента в воде начинают светиться, крупинки же выглядят темными точками на светлом фоне. Запустив в аквариум нашего робота, мы можем наблюдать, что происходит с крупинками".

Оказалось, что если робот машет створками в определенном ритме, крупинки в лазерном свете действительно начинают вести себя как зыбучий песок: легко теряют сцепление друг с другом, в результате чего вязкость среды резко падает.

Проблема - в размерах

Своего робота разработчики представили на прошедшей недавно в Денвере, штат Колорадо, весенней сессии Американского физического общества. Но говорить о каком-либо практическом применении этого устройства пока не приходится. Сегодняшний прототип для этого просто слишком мал - размером с одноразовую газовую зажигалку, то есть примерно с того самого моллюска, что послужил образцом при его создании. Мэрилендские специалисты работают теперь над устройствами более внушительных размеров, полагая, что они найдут применение в роботах, обследующих в автономном режиме морское дно или подводные трубопроводы. "Большинство этих подводных роботов невелики, а потому легко уносятся морскими течениями, - поясняет Керстин Нордстром. - Чтобы удержаться на одном месте, они должны как-то закрепиться на дне. Но это требует довольно значительного расхода энергии, а ее мало, ведь все эти роботы питаются от аккумуляторов".

Вот здесь-то и пригодится позаимствованный у моллюска высокоэффективный механизм погружения в грунт. Впрочем, интерес к разработке проявляют уже и военные: они намерены использовать эту новую технологию для разрыхления морского дна с целью обезвреживания донных мин.