Nowe badanie przeprowadzone przez Georgia Institute of Technology sugeruje, że mięśnie słonia nie są jedynym sposobem rozciągania tułowia – ważną rolę odgrywa również jego pofałdowana skóra. Połączenie mięśni i skóry daje zwierzęciu wszechstronność w chwytaniu kruchej roślinności i rozrywaniu pni drzew.
Badania przeprowadzone we współpracy z Zoo Atlanta wykazały, że skóra słonia nie rozciąga się równomiernie. Górna część tułowia jest bardziej elastyczna niż dolna, a obie sekcje zaczynają się rozchodzić, gdy słoń osiąga ponad 10%. Podczas rozciągania w poszukiwaniu jedzenia lub przedmiotów, grzbietowa część tułowia przesuwa się dalej do przodu.
Odkrycia mogą ulepszyć robotykę, którą dziś zazwyczaj buduje się z myślą o dużej wytrzymałości lub elastyczności. W przeciwieństwie do trąby słonia maszyny nie potrafią zrobić obu tych rzeczy.
Jako przykład autorzy badania wskazują na miękką robotykę. Ich wypełnione płynem wnęki umożliwiają elastyczne ruchy, ale mogą łatwo pękać pod wpływem siły. Naukowcy twierdzą, że odkrycia słoni sugerują, że owijanie miękkiej robotyki strukturą przypominającą skórę może zapewnić maszynom ochronę i siłę, jednocześnie zapewniając elastyczność.
Artykuł został opublikowany w Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) przez ten sam zespół Georgia Tech, który zeszłego lata był autorem badania na temat tego, jak słonie wykorzystują mięśnie tułowia do wdychania jedzenia i wody.
„Kiedy ludzie rozciągają swój język – wypełnioną mięśniami, pozbawioną kości tkankę podobną w składzie do trąby słonia – rozciąga się on jednolicie. Spodziewaliśmy się tego samego, gdy rzuciliśmy wyzwanie słoniowi sięgnięcia po jedzenie” – powiedział Andrew Schulz, kierownik badania. autor i doktorant student w Georgia Tech’s George W. Woodruff School of Mechanical Engineering. Wraz z zespołem sfilmował dwa afrykańskie słonie sawannowe sięgające po kostki otrębów i jabłka w Zoo Atlanta.
„Ale kiedy spojrzeliśmy na materiał z naszej szybkiej kamery i wykreśliliśmy ruchy pnia, byliśmy zaskoczeni. Góra i dół wcale nie były takie same” – powiedział Schulz.
Po obejrzeniu filmu Schulz rozciągnął tkankę słonia poddanego sekcji, aby lepiej zrozumieć elastyczność skóry. Wtedy odkrył, że górna część skóry, która jest zagięta, jest o 15% bardziej elastyczna niż pomarszczona dolna strona. Wtedy też zespół zdał sobie sprawę, że nie tylko widzi ruch mięśni na filmie. Śledzili także grubą warstwę skóry.
„Elastyczne fałdy skórne to innowacja słonia” – powiedział David Hu, doradca Schulza i profesor w Szkole Woodruff i Szkole Nauk Biologicznych. „Ochraniają część grzbietową i ułatwiają słoniowi sięgnięcie w dół, co jest najczęstszym sposobem chwytania podczas podnoszenia przedmiotów”.
Badanie Georgia Tech wykazało również, że pień słonia różni się w inny sposób od innych pozbawionych kości, wypełnionych mięśniami przydatków występujących w naturze, takich jak macki kałamarnicy i ośmiornicy. Zamiast rozciągać się równomiernie, słoń teleskopowo rozciąga trąbę jak parasol, stopniowo wydłużając się falami.
Słoń najpierw rozciąga część, która obejmuje czubek jego tułowia, potem sąsiednią część i tak dalej, stopniowo przesuwając się z powrotem w kierunku ciała. Schulz mówi, że postępowy ruch w kierunku bazy jest zamierzony.
„Słonie są jak ludzie: są leniwe” – powiedział. „Sekcja na końcu tułowia to 1 litr mięśni. Sekcja najbliżej pyska to 11-15 litrów mięśni. do poruszania się. Jeśli słoń nie musi bardzo ciężko pracować, aby coś dosięgnąć, nie zrobi tego.”
Schulz powiedział, że podczas poznawania anatomii tułowia musiał polegać na rysunku z 1908 roku, ponieważ naukowcy i inżynierowie nie przeprowadzili zbyt wielu badań nad biomechaniką słoni w ciągu ostatniego stulecia. Część jego ciekawości słoni polega na pomaganiu im; uważa, że lepsze zrozumienie zwierząt doprowadzi do lepszych działań ochronnych. Jako inżynier mechanik Schulz również widzi zastosowania robotyki.
„Miękka robotyka stworzona z biologicznie inspirowanym projektem zawsze opiera się na ruchu mięśni. Gdyby były owinięte ochronną skórą, jak pień wypełniony mięśniami słonia, maszyny mogłyby wywierać większe siły” – powiedział. „W zeszłym roku dowiedzieliśmy się, że tułów to wielofunkcyjny, mięśniowy hydrostat. Teraz wiemy, że skóra jest kolejnym narzędziem do jej dyspozycji”.