Изучая силы, которые сегменты лапок комаров создают на поверхности воды, исследователи из Китайского нефтяного университета (Хуадун) и Технологического университета Ляонин раскрыли механическую логику, которая позволяет комарам ходить по воде, что может помочь в проектирование биомиметических структур, таких как водные роботы и небольшие лодки.«Текущий анализ углубляет наше понимание механизмов хождения по воде этих водных насекомых», — сказал Цзяньлинь Лю, профессор кафедры инженерной механики Китайского нефтяного университета.
Они описывают свои текущие исследования в журнале AIP Advances от AIP Publishing.Комары приземляются на неподвижные водоемы, чтобы отложить яйца прямо под поверхностью, где зародыши вылупятся и превратятся в куколку, которая в конечном итоге выйдет из воды в зрелом возрасте, чтобы продолжить цикл.Нога комара состоит из трех сегментов, покрытых микроскопической гидрофобной чешуей в виде сетки: жесткая бедренная кость выступает из брюшка насекомого и соединяется в суставе с такой же жесткой голенью, которая разветвляется на длинную гибкую предплюсну. Предыдущие измерения способности водной поверхности поддерживать насекомых в значительной степени игнорировали предплюсну, вместо этого сосредотачиваясь на целых ногах.
Исследователи измерили выталкивающую силу, создаваемую лапкой, прикрепив ногу комара к стальной игле, которая была прикреплена к колонке индентора и микросенсору. Эта установка на месте позволила им регулировать угол и силу между ногой и поверхностью воды, снимая показания с помощью оптического микроскопа и цифровой камеры.
Лю и его коллеги обнаружили, что способность насекомого плавать по воде — создавая восходящую силу, в двадцать раз превышающую собственный вес его шести ног — полностью обязана плавучему горизонтальному контакту предплюсны с поверхностью.«Это открытие опровергает классическую точку зрения, согласно которой, чем длиннее лапа комара, тем эффективнее она создает подъемную силу», — сказал Лю.За счет уменьшения общей площади поверхности ноги, контактирующей с водой, сила сцепления воды с насекомым значительно снижается, что способствует взлету.
Тем не менее, структурная способность предплюсны обеспечивать такую большую опорную силу на единицу длины остается постоянным исследованием для команды. Будущая работа Лю и его коллег связана с изучением микроструктуры, силы сцепления во влажном состоянии и динамического поведения лапок комаров.