Робот показывает, как водомерки прыгают по воде (+видео)

Водомерки - маленькие насекомые, которые проводят свою жизнь скользя по поверхности озер, прудов и ручьев. Используемый при этом эффект поверхностного натяжение позволяет им оставаться сухими и довольными. Глядя на восхитительные, скоростные перемещения по поверхности воды невольно возникает вопрос, за счет чего им удается это выделывать, едва касаясь воды кончиками ног.

Водомерки также могут прыгать, что гораздо сложнее сделать с поверхности воды, так как им необходимо приложить существенное усилие, чтобы оторваться от поверхности, не нарушая при этом ее целостность. Как же им это удается? Чтобы узнать это исследователи из Южной Кореи создали робота, использующего принцип перемещения водомерки.

В действительности водомерки являются стремительными прыгунами, наблюдая замедленное видео передвижения этих насекомых, исследователи смогли понять, как они действуют во время прыжка. Интересно, что водомерки способны прыгать с поверхности воды также высоко, как и на земле, что предполагает уникальность используемого ими метода, так как большинство других насекомых, которые также способны прыгать по воде, более эффективные прыжки делают на суше. В перемещении водомерки все основано на использовании эффекта поверхностного натяжения, позволяющего ей удерживаться на поверхности воды в процессе прыжков.

Перед прыжком водомерка поднимается вверх, плавно надавливая на поверхность воды и смещая при этом четыре своих ноги внутрь. Она делает это очень осторожно, чтобы не разорвать поверхностный слой воды, если это произойдет рассеивается огромное количество энергии и прыжки оказываются крайне неэффективными. В действительсности она развивает ограниченное, максимальное усилие ниже величины, которая разрушает поверхностное натяжение воды (около 144 мН / м). При смыкании ног насекомое перемещает их по поверхности воды и способно от нее оторваться, развивая на 42 процента повышенное усилие.

Созданный по принципу водомерки робот имеет вес 68 миллиграмм и длину 2 см. Предназначенный для имитации поведения водомерки, он использует подобную конструкцию: проволочные ноги покрыты супергидрофобным материалом, а их окончания загнуты вверх, как у реального насекомого. Обеспечивающие прыжок «мышцы» сделаны по образу ног блохи и основаны на эффекте катапульты. Когда она запускается, постепенно увеличивающийся крутящий момент прикладывается к ногам робота, смещая их плавно вниз и достигая максимального вертикального ускорения величиной 14 g.

Эксперименты показали, что робот может оторваться от поверхности воды с пиковой скоростью 1,6 м / с, в результате чего высота прыжка достигает 142 мм. Динамическое моделирование показывает, что развиваемое усилие на поверхности воды составляет 140 мН / м и является как раз идеальным, так как предельное значение - 144 мН / м. Этот робот лучше прыгает на воде, чем на суше, возможно, потому, что вода гасит вибрации ног, что делает прыжки более эффективными.