Лягушка использует свой язык, похожий на хлыст, чтобы поймать свою добычу быстрее, чем человек может моргнуть, ударяя ее с силой, в пять раз превышающей силу тяжести. Как он держится на своей еде, когда она летит обратно в рот?
Новое исследование Технологического института Джорджии говорит, что липкость языка вызвана уникальной обратимой слюной в сочетании с очень мягким языком. Слюна лягушки густая и липкая во время поимки добычи, затем становится жидкой и водянистой, когда добычу вынимают изо рта. Язык, который оказался таким же мягким, как мозговая ткань, и в 10 раз мягче человеческого, растягивается и накапливает энергию подобно пружине. Эта комбинация слюны и мягкости настолько эффективна, что обеспечивает языку в 50 раз большую работу сцепления, чем синтетические полимерные материалы, такие как игрушки с липкими руками.
Исследователи Технологического института Джорджии засняли, как лягушки едят сверчков в сверхзамедленной съемке, чтобы лучше понять физику языка. Они также взяли образцы слюны и проткнули ткань, чтобы измерить ее мягкость.
«Язык действует как банджи-шнур, как только он цепляется за свою добычу», - сказал Алексис Ноэль, доктор технических наук в области машиностроения Технологического института Джорджии. студентка, руководившая исследованием. «Он деформируется, когда тянется обратно ко рту, постоянно накапливая интенсивные прилагаемые силы в своей эластичной ткани и рассеивая их во внутреннем демпфировании».
Это тканевое демпфирование, по словам Ноэля, очень похоже на автомобильные амортизаторы. Мягкость языка также позволяет ему менять форму во время контакта и сразу же после этого при втягивании.
Другим жизненно важным компонентом процесса отлова является универсальная слюна лягушки.
"На самом деле есть три фазы", сказал Ноэль. «Когда язык впервые касается насекомого, слюна становится почти как вода и заполняет все щели жука. Затем, когда язык откидывается назад, слюна меняется и становится более вязкой - фактически гуще меда - захватывая насекомое на ходу. Слюна снова становится водянистой, когда насекомое срезается во рту».
В отличие от воды и меда, слюна лягушки может менять свою вязкость в зависимости от скорости сдвига, как краска. Краска легко распределяется при нанесении, но прочно держится на стене после удаления кисти.
«У лягушек слюна легко просачивается, когда попадает на насекомое, а затем густеет во время втягивания», - сказала она.
Этот косой переключатель не виден в замедленных видео (https://www.youtube.com/embed/IubFs-PtzhM&t=1s). Чтобы определить скорость сдвига при снижении вязкости, Ноэль собрал слюну 18 лягушек и поместил образцы в реометр - высокочувствительный прибор для измерения свойств жидкостей.
Дэвид Ху, профессор Школы машиностроения имени Джорджа Вудраффа, советник Ноэля, который также изучал, как комары летают под дождем, как собаки стряхивают воду и почему ресницы должны быть идеальной длины. Он говорит, что исследование лягушки может помочь инженерам разработать обратимые клеи, работающие на высокой скорости.
«Большинство клеев, которые были созданы, являются жесткими, особенно лента», - сказал Ху, который также является преподавателем Школы биологических наук. «Языки лягушек могут прикрепляться и снова прикрепляться с помощью мягких, особых свойств, которые чрезвычайно более липкие, чем обычные материалы. Возможно, эту технологию можно использовать для новых пластырей. Или ее можно использовать для создания новых материалов в производстве мягких материалов».
Команда Технологического института Джорджии работала с Марком Мандикой, ведущим герпетологом Фонда амфибий в Атланте. Фонд объединяет ведущих исследователей в области биологии земноводных, сохранения и прикладных наук для изучения причин глобального сокращения численности амфибий. Текущие исследования показывают, что 38 процентов популяций амфибий в мире находятся в состоянии сокращения или уже вымерли.
Исследование «Лягушки используют вязкоупругий язык и неньютоновскую слюну, чтобы поймать добычу», опубликовано в Journal of the Royal Society Interface.