Черви разгоняются в тесных тоннелях и подсказывают устройство роботов

Калифорнийские черные черви неожиданно ускоряются, когда пространство вокруг них сужается. Опыты показали, что в тесном тоннеле животные достигают выхода значительно быстрее, чем в канале, где могут свободно изгибаться и менять направление.

Исследователи наблюдали за водными червями Lumbriculus variegatus длиной от 2,5 до 5 сантиметров и толщиной около половины миллиметра. Животных помещали в заполненные водой стеклянные каналы длиной 12 сантиметров. Ширина проходов составляла от одного до восьми миллиметров — примерно от двух до 16 диаметров тела червя.

Самый короткий путь по времени оказался вовсе не самым просторным. В канале шириной примерно в два тела черви добирались до противоположного конца примерно за минуту. В широких тоннелях на тот же путь у них уходило до пяти раз больше времени.

Причину необычного результата ученые установили с помощью компьютерной модели. Виртуального червя представили в виде гибкой цепочки соединенных частиц, каждая из которых толкала систему вперед. Такая упрощенная конструкция воспроизвела поведение живых животных.

В широком проходе червь получает больше свободы, но тратит ее на изгибы, остановки и развороты. Вместо движения к выходу он исследует пространство и неоднократно меняет положение тела. Тесный канал ограничивает эти маневры, удерживает животное вдоль продольной оси и позволяет использовать стенки как опору. В результате почти вся энергия движения направляется вперед.

Скорость зависела не только от ширины тоннеля, но и от гибкости тела. Более жесткие вытянутые объекты проходили узкий канал почти по прямой. Слишком гибкие в просторном коридоре сворачивались, образовывали петли и чаще разворачивались, поэтому задерживались в пути.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters. Авторы считают, что найденный принцип пригодится при разработке мягких автономных роботов. Такие машины смогут обследовать трубы, проникать в труднодоступные участки завалов, проводить малоинвазивные медицинские процедуры и доставлять лекарства внутри организма. Пока речь идет о возможном применении результатов, а не о готовых устройствах.

Читайте также: Популярный заменитель сахара связали с повышенным риском инфаркта и инсульта