Вы когда-нибудь внимательно смотрели на язык кошки? Если да, то вы, возможно, заметили крошечные, острые «шипы» на его поверхности.
Наблюдая за тем, как её кот лижет толстое микрофибровое одеяло и тут же озадаченно застывает с высунутым языком, а затем, помогая ему избавиться от волокон во рту, Алексис Ноэль (Alexis Noel), докторант в области машиностроения, работающая в Лаборатории биолокомоции доктора Дэвида Ху (Hu Biolocomotion Lab) в Технологическом институте Джорджии (Georgia Institute of Technology), вдохновилась исследовать причудливые «шипы» на кошачьем языке.
Язык кошки, подобно застёжке-липучке, покрыт маленькими крючками и, когда он скользит по шерсти, эти крючки цепляют всё подряд. «Когда язык кошки натыкается на препятствие в виде спутанной шерсти, шерсть наматывается на крючки, которые изгибаются, чтобы проникнуть сквозь препятствие ещё больше. Подвижность крючков позволяет кошке лучше распутывать клубочки шерсти», — объяснила Ноэль.
В ходе 69-й ежегодной встречи Отдела изучения гидродинамики Американского физического общества (American Physical Society’s Division of Fluid Dynamics), состоявшейся 20—22 ноября в Портленде, штат Орегон, Ноэль описала эту концепцию, которую она сравнила с использованием жёсткой расчёски в противоположность мягкой, и какое этой концепции может найтись применение.
«У обычной расчёски зубцы прикреплены прямо. Когда волосы собираются на щётке, они образуют толстый коврик, который приходится убирать вручную, — объяснила Ноэль. — А вот гибкие шипы на языке кошки легче чистить. Когда устройство не используется, шипы на языке лежат почти плоско к его поверхности, как перекрывающаяся черепица. Такая конфигурация создаёт проходы в одном направлении, что позволяет одним пальцем удалять спутанные волосы вокруг щетинок. Эти проходы ведут к горлу кошки и вот почему из-за них кошки глотают свою шерсть, которая сворачивается в комки».
Чтобы проверить концепцию в лаборатории, Ноэль и её коллеги с помощью высокоскоростного оборудования для макровидеосъёмки смогли увеличить и наблюдать уникальную форму и гибкость шипов, когда животное умывается. «С точки зрения формы и остроты, это напомнило мне кошачьи когти. И это наводит на ещё один вопрос о том, почему все когти так похожи», — сказала Ноэль.
Затем исследователи впервые в мире распечатали на 3D-принтере имитацию кошачьего языка в 400-процентном масштабе.
Что они узнали? «Кошачий язык и его имитация очень хороши при чистке и удалении клубков в образцах шерсти, — пояснила исследовательница. — Мы также обнаружили, что кошачий язык самоочищается. Волосы под шипами легко удаляются, если просто провести чем-нибудь от кончика до основания языка».
Это может иметь важные последствия для мягкой робототехники, поскольку её разработчики до сих пор пытаются найти способы, при помощи которых мягкие материалы могут цепляться за поверхности. «Кошачий язык гибок, но он может разделять клубки в шерсти, — сказала Ноэль. — Таким образом, мы пытаемся разработать поверхность на основе нашей распечатанной на 3D-принтере имитации. Гибкость шипов кошачьего языка может получить широкое применение, от легко очищающейся расчёски до обработки ран».
Группа также планирует исследовать, как расположение шипов на кошачьем языке влияет на сопротивление трению.
«Благодаря этому знанию, мы можем разработать расчёску, подходящую для человека, — считает Ноэль. — Мы хотели бы также изучить языки тигров, львов и других крупных кошек, чтобы понять, как влияют различия в масштабе».
В то же время, Ноэль и её коллеги планируют развивать технологию имитации кошачьего языка при помощи Инновационного корпуса в Технологическом институте Джорджии и консультироваться с потребителями, визажистами и специалистами по медицинскому оборудованию в США о возможностях применения. «Мы уже представили форму раскрытия технологии и намерены подать заявку на патент в течение следующего года», — добавила она.