Tajemství mravenčího krku
Americký mravenec snese zatížení 5000násobkem vlastní hmotnosti. Stavba kloubu, který spojuje jeho hlavu s hrudí, je dokonalá.
Letečtí konstruktéři z Ohijské univerzity, vedení Carlosem Castrem, hledají inspiraci v přírodě. Evoluce dovedla mnohá „přírodní zařízení“ k dokonalosti. Tak proč něco neokoukat?
Castro a jeho spolupracovníci se zaměřili na mravence druhu Formica exsectoides, který žije na východě USA a je tam znám jako alleghenský mohylový mravenec. První část jeho jména odkazuje na jeho domovinu v Alleghenském pohoří, druhá pak na schopnost vršit kuželovité „mohyly“ z písku a hlíny vysoké i přes jeden metr. Nadzemní i podzemní část mravenčího hnízda je protkaná hustým systémem chodeb. Nadzemní „mohylu“ prohřívanou sluníčkem využívají mravenci k inkubaci vajíček a odchovu larev.
Carlos Castro si nevybral tento mravenčí druh pro jeho stavitelské schopnosti, ale jednoduše proto, že mohl získat dostatek mravenců pro výzkum z umělé kolonie, kterou udržují na univerzitě pro svůj vlastní výzkum entomologové. Letecké konstruktéry zajímala schopnost mravenců nosit náklady, které jsou často stonásobně těžší než samotný mravenčí nosič. Zaujal je kloub, kterým mají mravenci napojenou hlavu k hrudi. Předběžně odhadli, že tento spoj vydrží zátěž tisíckrát větší, než je hmotnost mravenčího organismu. Ve studii, kterou zveřejnil vědecký časopis Journal of Biomechanics, vědci prokázali, že mravenčí „krk“ vydrží zátěž až 5000krát vyšší než je hmotnost mravence. „Jak se ukázalo, dost jsme mravence podcenili,“ přiznal Castro.
Vědci zkoumali spoj mezi hlavou a hrudí mravenců pomocí elektronového mikroskopu a také pomocí magnetické rezonance. Odolnost spoje studovali na mravencích, které znehybnili pobytem v nízké teplotě. Mravence pak připevnili na podložku a umístili do upravené centrifugy. Zvyšováním otáček odstředivky vystavovali mravenčí „krk“ stále vyššímu přetížení. Spoj se začal deformovat už při zátěži, která se vyrovnala 350 hmotnostem mravenčího těla. K porušení spoje však docházelo až při mnohem vyšších zátěžích od 3500 do 5000 násobků hmotnosti mravenčího těla.
Elektronový mikroskop a magnetická rezonance odhalily, proč je spoj tak odolný. Hlava a hruď mravence jsou kryty tvrdou a pevnou vnější kostrou z chitinu. Navzájem jsou však spojeny měkkými tkáněmi. Teprve mnohonásobné zvětšení elektronového mikroskopu odhalilo, že k ukotvení měkké spojovací tkáně na pevný povrch vnější kostry slouží mikroskopické výběžky vnější tuhé kostry, které zřejmě napomáhají dokonalému rozložení tahů a tlaků při zátěži spoje. Magnetická rezonance ukázala další „fígl“ evoluce. Tím je pozvolný přechod mezi měkkou spojovací tkání a pevnou vnější kostrou. Ve spoji není patrné ostré rozhraní mezi pružnou a pevnou tkání, kde by mohlo docházet k silným pnutím. Naopak, měkká tkáň postupně ztrácí pružnost a nabývá na tuhosti. Jeden typ tkáně plynule přerůstá v druhý.
Castro doufá, že získané poznatky využije při konstrukci drobných, velmi odolných robotů, kteří by byli podobně výkonní nosiči a vzpěrači jako mravenci. Konstrukce větších robotů ale narazí na zásadní problém. Hmotnost roste s třetí mocninou rozměru a velký robot s anatomií mravence bude příliš těžký a značnou část energie vynaloží na vlastní pohyb. Sil na zvedání břemen už mu mnoho nezbude. Castro je nicméně přesvědčen, že velcí roboti inspirovaní anatomií mravenců by našli uplatnění v podmínkách mikrogravitace, například na oběžné dráze kolem Země nebo při letech do vzdálenějších oblastí vesmíru.
Více z pořadu
E-shop Českého rozhlasu
Vždycky jsem si přál ocitnout se v románu Julese Verna. Teď se mi to splnilo.
Václav Žmolík, moderátor
Tajuplný ostrov
Lincolnův ostrov nikdo nikdy na mapě nenašel, a přece ho znají lidé na celém světě. Už déle než sto třicet let na něm prožívají dobrodružství s pěticí trosečníků, kteří na něm našli útočiště, a hlavně nejedno tajemství.
