Тщательно изучив механизм лакания у кошек, механики поняли, в чем секрет кошачьей элегантности. Более того, они смогли воспроизвести процесс при помощи модельных экспериментов. И теперь надеются применить полученные знания, чтобы создавать биомеханических роботов.
Ученые продолжают изучать механику, казалось бы, простых и всем известных движений домашних животных. После отряхивающейся собаки они взялись за кошку, лакающую молоко. Оказалось, что это поведение вовсе не такое простое, как кажется. Оно основано на использовании физических законов, точнее, на соблюдении точного баланса двух физических сил. Роман Стокер (Roman Stocker) и Педро Рейс (Pedro Reis) из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) построили физическую модель, описывающую лакание кошки, и вычислили все его параметры.
Как пить против силы тяжести
Наземные позвоночные животные должны были научиться пить воду. Поскольку кувшины, чашки и прочие удобные приспособления для питья придуманы только человеком, животные чаще всего вынуждены пить из водоемов, то есть, с горизонтальной поверхности воды, поднимая ее вверх против силы тяжести. Для этого существует два способа. Свиньи, овцы, лошади всасывают воду. Хищники так не могут, они или лижут жидкость (из совсем мелких лужиц на поверхности), или лакают из глубоких емкостей. Наверное, далеко не все знают, что кошки и собаки лакают по-разному. Собаки лакают шумно – они зачерпывают воду загнутым языком и несут ее в рот. Кошки действуют совсем по-другому. У них это получается очень аккуратно (так что ни шерсть, ни чувствительные вибриссы не намокают) и очень элегантно.
Механику кошачьего лакания невозможно разглядеть невооруженным глазом, так как домашняя кошка совершает очень частые движения языком – четыре раза в секунду. Ученые проанализировали видеозапись лакания, а для наглядности построили физическую модель, имитирующую движения кошачьего языка.
Кошка – это совсем не собака
Ученые вели наблюдения за 10 домашними кошками, в числе которых была и кошка Стокера – восьмилетняя Катта Катта. И выяснили, что в отличие от собаки, кошка не погружает язык в жидкость, а касается ее поверхности только кончиком. При этом язык изгибается крючком, но ничего не зачерпывает. Благодаря адгезии к влажному языку и силе инерции в момент, когда язык отрывается от поверхности и поднимается, за ним тянется столбик жидкости. Под действием силы тяжести этот столбик разрывается, но в этот момент кошка успевает закрыть рот, чтобы поймать висящую на языке каплю.
В эксперименте ученые имитировали кончик языка стеклянным диском. Когда диск отрывается от поверхности, за ним тянется столбик жидкости. На модели диаметром, соответствующем размеру кончика языка домашней кошки, удалось рассчитать необходимые скорость движения и частоту лакания. «Кошка лакает так быстро и с такой частотой, чтобы соблюдать точный баланс между силой инерции и силой тяжести», -- объясняет Педро Рейс. В противном случае ее язык будет работать вхолостую. Ученые шутят, что кошки умнее некоторых из нас в вопросах гидродинамики.
Крупные кошки лакают реже мелких
Тигры, львы, пантеры и ягуары лакают таким же способом. Но их язык работает медленнее, чем у домашней кошки. Ученые теоретически вычислили, что частота лакания должна зависеть от массы животного, чтобы удерживать баланс двух сил. Они проверили это в эксперименте со стеклянным диском большего диаметра, а также изучив видеозаписи лакания крупных кошачьих хищников. Предположение подтвердилось: чем больше масса, тем реже животные работают языком.
Изучением кошачьего лакания ученые занимались не для забавы. Возможные перспективы для применения полученных результатов они указывают в статье, опубликованной в Science. Язык приспособлен для подобных точных движений потому, что он «без костей», но так же действует и хобот слона, и щупальце осьминога. И изучив, как двигаются мягкие живые структуры, люди вполне могут создать мягких биомеханических роботов для самых разнообразных целей.
