Drobne włoski działają jak lubrykant, który chroni części przypominające skorupkę, które ocierają się przez cały dzień.
Letni gwar pszczół oznacza słodką nagrodę w postaci miodu. Ale żeby zrobić wystarczająco dużo tego słodkiego produktu dla ula, pszczoły są w niemal ciągłym ruchu. Gdy się poruszają, zachodzące na siebie sekcje ich twardego szkieletu zewnętrznego, znanego jako naskórek, przesuwają się obok siebie. Badanie wykazało, że maleńkie włoski na tej łusce działają jak lubrykant. Ten meszek zmniejsza tarcie, co ułatwia pszczołom poruszanie się.
Naukowcy mogą wyciągnąć z tych pszczół lekcję lub dwie, mówi Jieliang Zhao. Jest inżynierem mechanikiem w Beijing Institute of Technology w Chinach. To, czego właśnie dowiedział się jego zespół, może zaowocować nowymi sposobami zmniejszenia zużycia materiałów. „Na przykład”, wyobraża sobie dodanie pszczoły meszku do „przesuwnych krawędzi na rączce składanego parasola”, mówi, że powinno to sprawić, że parasol będzie działał płynnie przez dłuższy czas.
Zhao podejrzewa, że pszczoły miodne wyewoluowały to niejasne rozwiązanie problemu tarcia, aby poradzić sobie z faktem, że ich ciała zawsze się wiją. Nawet gdy pszczoła przysiada na kwiatku, aby się nakarmić lub zatrzymuje się na odpoczynek, jej ciało jest w ruchu. Odwraca głowę. Jej nogi zmiatają pyłki i zanieczyszczenia na lub z ciała. Przez cały czas jej brzuch pulsuje, gdy oddycha. To ta ostatnia część ciała przykuła uwagę Zhao. On i jego zespół chcieli dowiedzieć się, w jaki sposób zewnętrzny szkielet przypominający twardą skorupę osłaniający odwłoki pszczół może się tak bardzo poruszać, a jednocześnie doznawać tak niewielkich uszkodzeń.
Aby się tego dowiedzieć, naukowcy nagrali wideo. Pokazywało różne segmenty naskórka przesuwające się obok siebie, gdy pszczoły wyginają się.
Owłosione korzyści
Następnie grupa Zhao usunęła i oczyściła odwłoki pszczół, które padły naturalnie. Następnie naukowcy zbadali je za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej. Niektóre segmenty naskórka pokryte były drobnymi włoskami. Każdy włosek był bardzo mały – miał tylko 100 do 200 mikrometrów długości. To mniej więcej tyle samo, co szerokość dwóch ludzkich włosów umieszczonych obok siebie.
Każdy włos w tym meszku jest również rozgałęziony. Dziesiątki maleńkich występów wystają z obu stron centralnego szybu. Końcówka każdego ma kształt małego stożka. Zespół zastanawiał się, czy nietypowy kształt włosów może zmniejszyć tarcie, gdy kawałki naskórka ześlizgują się ze sobą.
Aby się tego dowiedzieć, naukowcy wycięli kawałki pokrytego meszkiem naskórka. Pochodził z części brzucha, która wsuwa się pod sąsiedni, łysy kawałek. Zespół Zhao wyciął dwa kawałki tego łysego naskórka z innego miejsca na brzuchu i podłączył jeden z nich do mikroskopu sił atomowych. To narzędzie pozwoliło zespołowi zmierzyć tarcie, gdy ten element przesuwał się po pozostałych dwóch.
Okazało się, że drobne włoski zmniejszają tarcie. I to o dużo — do 40 procent w porównaniu do gładkiego kawałka. „Rozwidlone włosy mogą poprawić gładkość obszaru kontaktu”, podsumowuje Zhao.
Gdy naskórek przesuwa się po włosach, energia gromadzi się we włosach. Ułatwia to pszczołom przesuwanie segmentów, mówi. Istnieje również „mniejsza presja przy dotykaniu obiektu” – wyjaśnia Zhao. Wszystkie te cechy pomagają zmniejszyć tarcie między częściami naskórka, które ocierają się o siebie.
Zespół z Pekinu opisał swoje odkrycia w ACS Applied Materials & Interfaces 2 czerwca.
„Matka Natura opracowała wiele procesów, które są znacznie bardziej wydajne niż to, co wynaleźliśmy my, jako ludzie”, mówi Neil Canter. Jest chemikiem w Chemical Solutions w Willow Grove w Pensylwanii. Dobrym przykładem są włosy pszczół miodnych, dodaje. Tarcie zwiększa energię zużytą w procesie. Wskazuje to, że ograniczenie tarcia doprowadzi do oszczędności energii i zrównoważonego rozwoju.
U zwierząt istnieje wiele delikatnych struktur, które mogą zainspirować nasze projekty inżynieryjne, mówi Zhao. On i inni naukowcy zajmujący się materiałami znajdują w żywym świecie źródło inspiracji. Okazuje się, że szum wokół pszczół może stać się czymś więcej niż tylko miodem.
