Trąbę słonia pokrywają włosy o niezwykłych właściwościach
Interdyscyplinarne badania pod kierunkiem naukowców z Wydziału Inteligencji Haptycznej Instytutu Inteligentnych Systemów im. Maxa Plancka pozwoliły wyjaśnić, dlaczego trąba słonia – pomimo grubej skóry – jest tak precyzyjnym organem, pozwalającym zwierzętom na wykonywanie niezwykle złożonych ruchów i odczuwanie najdelikatniejszego dotknięcia. Okazało się, że pokrywające ją 1000 włosów czuciowych ma niezwykłe właściwości, które kompensują i grubą skórę, i słaby wzrok słoni.
Badania pokazały, że włosy czuciowe na trąbie nie są, jak się spodziewano, jednakowo sztywne na całej długości. Bardziej przypominają wibrysy kota niż innych ssaków. U podstawy mają większą sztywność, niż na czubku. Dzięki takiemu gradientowi sztywności słoń nie tylko wie, w którym dokładniej miejscu trąby doszło do kontaktu, ale jest też w stanie podnieść kawałek tortilli nie krusząc jej czy precyzyjnie załapać mały orzeszek.
Międzynarodowy zespół naukowy badał geometrię włosów, ich porowatość oraz sztywność. Początkowo uczeni spodziewali się, że włosy rosnące na trąbie słonia będą podobne do wibrysów myszy czy szczurów: okrągłe w przekroju, pełne i mniej więcej jednakowo sztywne na całej długości. Jednak mikrotomografia komputerowa ujawniła, że są grube, o spłaszczonym kształcie podobnym do ostrza, pustej podstawie i kilku długich wewnętrznych kanałach, przypominających strukturę rogów owiec czy kopyt koni. Taka budowa zmniejsza masę włosa i zwiększa jego odporność, dzięki czemu słonie mogą spożywać setki kilogramów pożywienia dziennie bez utraty uszkodzenia włosów. Te bowiem nigdy nie odrastają.
Włosy na trąbie są sztywne u podstawy, przypominają plastik, a końców jest miękka, jak guma. Nie można jej trwale zdeformować. Są więc zupełnie inne, niż całkowicie sztywne włosy na innych częściach ciała zwierzęcia.
Chcąc lepiej zrozumieć, jak włos o takiej budowie przekazuje wrażenia dotykowe, naukowcy wydrukowali modele 3D. Trzymając je w palcach i dotykając różnych powierzchni przekonali się, jak precyzyjnie odczuwają miejsce zetknięcia się włosa z otoczeniem. Opracowali się model komputerowy, za pomocą którego oceniali, jak geometria, porowatość i gradient sztywności wpływają na reakcje włosa na kontakt.
To naprawdę niesamowite! Gradient sztywności tworzy mapę, która pozwala słoniom wykrywać miejsce kontaktu wzdłuż każdego wąsa. Właściwość ta pomaga im określić, jak blisko lub daleko jest trąba od obiektu… wszystko zawarte w geometrii, porowatości i sztywności wąsa, mówi główny autor badań Andrew K. Schulz. Bardzo podobny gradient sztywności wykazują wibrysy kotów domowych.
Uczeni z Wydziału Inteligencji Haptycznej pracują nad przeniesieniem osiągnięć natury na robotykę i inteligentne systemy. Czujniki inspirowane naturą, z sztucznym gradientem sztywności przypominającym słonia, mogłyby dostarczać precyzyjnych informacji przy niewielkim koszcie obliczeniowym, wyłącznie dzięki inteligentnemu projektowaniu materiału, wyjaśnia Schulz. Natomiast kierująca zespołem badawczym Katherine J. Kuchenbecker dodaje, że odkrycia przyczyniają się do zrozumienia percepcji dotykowej tych fascynujących zwierząt i otwierają ekscytujące możliwości dalszych badań nad związkiem właściwości materiałowych wąsów a przetwarzaniem neuronalnym.
Artykuł oryginalny: Functional gradients facilitate tactile sensing in elephant whiskers
Komentarze (0)