Зубчатая передача — изобретение природы

Зубчатая передача считалась изобретением человека. Между тем, ее используют некоторые прыгающие насекомые. Например, блохи используют механизм, напоминающий катапульту или лук. Заблокировав задние конечности так, чтобы те не двигались, насекомое начинает медленно сокращать мышцы. При этом энергия упругой деформации накапливается в эластичной структуре, состоящей из особого белка — резилина. Именно эта структура и выполняет функцию согнутого лука или закрученного жгута катапульты: она практически мгновенно высвобождает до 98 процентов накопленной энергии.

Но один важный вопрос остался без ответа: как насекомые синхронизируют обе ноги, чтобы оттолкнуться ими строго одновременно? Чтобы не лететь вбок. Такой точной синхронизации – около 30 микросекунд, невозможно добиться с помощью нервной системы. Нейрону даже на самое быстрое возбуждение требуется почти целая миллисекунда. Это в 300 раз дольше, чем наблюдавшаяся средняя погрешность в синхронности.

Одно из этих решений исследователи описали в статье в журнале Science. Оно представляет собой, в сущности, миниатюрную зубчатую передачу, а обнаружили ее ученые у небольших цикад вида Issus coleoptratus — представителей семейства «иссиды». Оказалось, что у этих цикад основания бедер задних ног имеют ряд миниатюрных отростков, напоминающих зубья шестерни. Перед самым толчком насекомое сводит ноги так, что зубья одной ноги входят в зацепление с зубьями другой, что и обеспечивает практически идеальную синхронность движений обеих конечностей.

Это чисто механическое решение — зубчатая передача, придуманная природой в процессе эволюции миллионы лет назад.