Иглы морского ежа вдохновили ученых на создание подводных датчиков
Ученые подсмотрели у природы очередной гениальный инженерный трюк. Оказывается, шипы морского ежа — это не просто броня, а настоящие «умные» антенны. Они чувствуют, как течет вода, и превращают это движение в электрические сигналы. Исследователям удалось не только разгадать этот механизм, но и воспроизвести его в лаборатории, напечатав искусственные шипы на 3D-принтере, сообщает Phys.org. Результат — датчики, которым не нужны батарейки.
Все началось с того, что биологи задумались: как морские ежи понимают, что происходит вокруг, если у них нет ни глаз, ни специальных органов чувств? Они предположили, что всю информацию им дают шипы. Чтобы проверить это, ученые капнули морской водой на кончик иглы и сняли реакцию на камеру. Игла тут же, меньше чем за секунду, отклонилась на 10 градусов. А главное — в этот момент на поверхности шипа возник слабый электрический разряд. Причем он появлялся и на живых, и на мертвых шипах, то есть дело не в нервных клетках, а в физике самого материала.
Секрет оказался в структуре шипа. Внутри он состоит из пористого материала, похожего на пемзу. Но поры распределены неравномерно: у основания они крупные и редкие, а ближе к кончику — мелкие и частые. Когда вода набегает на шип и просачивается в эти поры, возникает трение, которое и создает электричество. Благодаря градиенту (изменению размера пор) сигнал получается четким: еж точно знает, откуда и с какой силой давит вода.
Ученые решили проверить, можно ли использовать этот принцип в технике. Они напечатали пластиковые и керамические иглы с такой же пористой структурой. Эксперимент удался: искусственные шипы тоже начали вырабатывать ток под струей воды. Причем градиентная структура усиливала эффект в разы.
Теперь инженеры планируют создавать на основе этой технологии датчики для подводных роботов, систем слежения за течениями или очистных сооружений. Им не нужно будет менять батарейки или тянуть провода — они сами вырабатывают энергию из потока воды. Еще один пример того, как эволюция миллионы лет решала инженерные задачи, которые мы только сейчас начинаем понимать.
