Как манера мочиться цикадки-снайпера поможет сохранить умные часы сухими

В Америке это вредное насекомое из подсемейства Cicadellinae прозвали sharpshooter, то есть «меткий стрелок», а попросту «снайпер». Прыгучие твари со «стеклянными» крыльями настолько впечатлили учёных способом избавляться от жидких отходов организма, что навели на мысли создать более эффективные конструкции для водонепроницаемых устройств.


Саад Бхамла был впервые заметил это достижение насекомых в своём саду в Атланте, штат Джорджия. Снайпер образует аккуратные круглые капли мочи, которые затем пуляет с молниеносной скоростью. Тогда доцент кафедры биомолекулярной инженерии в технологическом институте Джорджии достал свой айфон, чтобы снять несколько замедленных видеороликов.


— Саад Бхамла, доцент кафедры биомолекулярной инженерии в технологическом институте Джорджии.

Оказывается, снайпер делает со своей мочой то, что до сих пор не было задокументировано в биологической системе — это явление суперпропульсии. Как снайпер делает это, подробно описано в исследовательской статье Бхамлы и его коллег, опубликованной в журнале Nature Communications. И это может помочь людям понять, как развить технологии для умных часов и других устройств, которые будут сами себя высушивать.

Проще говоря, суперпропульсия позволяет эластичному объекту летать со скоростью, превышающей скорость того, что его запускает. Точность во времени между мягким объектом и его катапультой даёт объекту заряд энергии. Чтобы понять это явление, подумайте об чемпионе по прыжкам в воду, объяснил Бхамла. Опытный дайвер может рассчитать время прыжка, чтобы получить максимальную резонансную энергию от трамплина.

Сняв видео на айфон, Бхамла и его коллеги обратились к высокоскоростным камерам и микроскопам, чтобы поближе рассмотреть снайпера. То, что они обнаружили, было анальным стилусом, и вздрагивание брюшка — основа уникального способа, которым насекомое заботится о своих делишках. Зад цикадки подбирается, освобождая место для поступающей мочи, что позволяет ей образовывать капли на конце хвоста насекомого. В то же время сжатие капли позволяет энергии накапливаться за счёт поверхностного натяжения.

Как только капля приобретает нужный размер и форму, происходит сжатие назад ещё на 15 градусов. Затем снайпер отбрасывает капельку, как шарик в игре пинбол. Брюшко насекомого вздрагивает невероятно быстро, разгоняясь быстрее, чем бег гепарда. Что ещё более удивительно, так это то, что моча летит с ещё большей скоростью, чем вздрагивание задней части брюшка — и это явный признак явления суперпропульсии.

Тактика эта также энергоэффективна: капля движется быстрее, чем «катапульта», запускающая её. Снайперы на самом деле писают таким образом, чтобы сэкономить энергию, потому что много мочатся. Эти кузнечики за сутки способны выпить и помочиться в объёмах, в 300 раз превышающих их собственный вес, потому что у них очень низкокалорийная диета с дефицитом питательных веществ, состоящая из растительного сока. И снайперу приходится отстреливать мочу, чтобы её капли не прилипла к нему, как комки кленового сиропа.

Какое это имеет отношение к умным часам? Например, функция блокировки воды в Apple Watch уже может выбрасывать воду из устройства после купания. Но, насколько известно Сааду Бхамле, подобные устройства ещё не используют суперпропульсию. Если инженеры смогут научиться у снайпера, то смогут разработать более эффективные системы отвода воды для гаджетов. Такая же технология может быть использована в слуховых аппаратах и во всём остальном, что необходимо сделать водонепроницаемым.

Бхамла и его команда проверили тактику снайпера на кухонных столах, отталкивая воду от динамиков. Они использовали вибрацию динамиков и смогли запускать капли с высокой скоростью.



Впрочем, не полезный трюк с туалетом принёс насекомому прозвище «снайпер». В США оно в основном известно как вредитель на фермах. Эти цикадки прогрызают словно бы маленькие пулевые отверстия в листьях и могут передавать болезни от одного растения другому. Их обильное мочеиспускание также может испортить окраску фруктов.

Саад Бхамла надеется, что исследование подтолкнет больше людей взглянуть на насекомых с новой точки зрения.