Nowe badania przeprowadzone przez Georgia Institute of Technology sugerują, że mięśnie słonia nie są jedynym sposobem, w jaki rozciąga on swoją trąbę – jego pofałdowana skóra również odgrywa ważną rolę. Połączenie mięśni i skóry daje zwierzęciu wszechstronność, która pozwala mu chwytać delikatną roślinność i rozrywać pnie drzew.

Badania przeprowadzone we współpracy z Zoo Atlanta wykazały, że skóra słonia nie rozciąga się równomiernie. Górna część trąby jest bardziej elastyczna niż dolna, a te dwie sekcje zaczynają się rozchodzić, gdy słoń osiąga ponad 10%. Podczas rozciągania w poszukiwaniu jedzenia lub przedmiotów, grzbietowa część trąby przesuwa się bardziej do przodu.

Odkrycia te mogą przyczynić się do poprawy robotyki, która obecnie jest zazwyczaj budowana z myślą o dużej sile lub elastyczności. W przeciwieństwie do trąby słonia, maszyny nie potrafią robić obu tych rzeczy.

Jako przykład autorzy badania wskazują na miękkie roboty. Ich wypełnione płynem wgłębienia pozwalają na elastyczne ruchy, ale mogą łatwo pęknąć po przyłożeniu siły. Naukowcy twierdzą, że wyniki badań nad słoniami sugerują, że owijanie miękkich robotów strukturą przypominającą skórę mogłoby zapewnić maszynom ochronę i wytrzymałość, jednocześnie pozwalając na elastyczność.

Praca została opublikowana w Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) przez ten sam zespół Georgia Tech, który był autorem badania zeszłego lata na temat tego, jak słonie używają swoich mięśni trąbowych do wdychania jedzenia i wody.

„Kiedy ludzie rozciągają swój język — wypełnioną mięśniami, pozbawioną kości tkankę podobną w składzie do trąby słonia — rozciąga się on równomiernie. Spodziewaliśmy się tego samego, gdy poprosiliśmy słonia o sięgnięcie po jedzenie” – powiedział Andrew Schulz, główny autor badania i doktorant w Georgia Tech’s George W. Woodruff School of Mechanical Engineering. On i zespół sfilmowali dwa afrykańskie słonie sawannowe sięgające po kostki otrębów i jabłka w Zoo Atlanta.

„Ale kiedy spojrzeliśmy na nasze nagrania z szybkich kamer i wykreśliliśmy ruchy trąby, byliśmy zaskoczeni. Góra i dół wcale nie były takie same” – powiedział Schulz.

Po obejrzeniu filmu, Schulz rozciągnął tkankę rozebranego słonia, aby lepiej zrozumieć elastyczność skóry. Wtedy odkrył, że górna część skóry, która jest pofałdowana, jest o 15% bardziej elastyczna niż pomarszczona dolna strona. Wtedy też zespół zdał sobie sprawę, że na filmie nie widać tylko ruchu mięśni. Śledzili również gruby arkusz skóry.

„Elastyczne fałdy skóry są innowacją słonia” – powiedział David Hu, doradca Schulza i profesor w Woodruff School i School of Biological Sciences. „Chronią one część grzbietową i ułatwiają słoniowi sięganie w dół, najczęstszy styl chwytania podczas podnoszenia przedmiotów”.

Badanie Georgia Tech wykazało również, że trąba słonia różni się w inny sposób od innych pozbawionych kości, wypełnionych mięśniami przydatków występujących w naturze, takich jak macki kałamarnic i ośmiornic. Zamiast wydłużać się równomiernie, słoń teleskopowo rozciąga swoją trąbę jak parasol, stopniowo wydłużając ją falami.

Słoń najpierw wydłuża część, która obejmuje czubek trąby, potem sąsiednią część i tak dalej, stopniowo pracując w kierunku swojego ciała. Schulz mówi, że stopniowy ruch w kierunku podstawy jest zamierzony.

„Słonie są jak ludzie: są leniwe” – powiedział. „Sekcja na końcu trąby to 1 litr mięśni. Sekcja najbliższa jego ust to 11-15 litrów mięśni. Słoń najpierw rozciągnie koniec swojej trąby, a potem sąsiednią sekcję, bo łatwiej je poruszać. Jeśli słoń nie musi się bardzo wysilać, żeby coś osiągnąć, to tego nie zrobi.”

Schulz powiedział, że musiał polegać na rysunku z 1908 roku podczas nauki o anatomii trąby, ponieważ naukowcy i inżynierowie nie przeprowadzili wielu badań nad biomechaniką słoni w ciągu ostatniego stulecia. Część jego ciekawości dotyczącej słoni opiera się na pomaganiu im; uważa, że lepsze zrozumienie tych zwierząt doprowadzi do lepszych działań ochronnych. Jako inżynier mechanik, Schulz widzi również zastosowania robotyki.

„Miękkie roboty stworzone z biologiczną inspiracją zawsze opierają się na ruchu mięśni. Gdyby owinąć je ochronną skórą, jak wypełniona mięśniami trąba słonia, maszyny mogłyby stosować większe siły” – powiedział. „W zeszłym roku dowiedzieliśmy się, że trąba to wielofunkcyjny, mięśniowy hydrostat. Teraz wiemy, że skóra to kolejne narzędzie, którym dysponuje”.

Źródło: Georgia Institute of Technology / Jason Maderer