Pozor! Používáte zastaralý prohlížeč, stránka se nemusí zobrazovat správně. Aktualizujte jej a zlepšete tak svůj uživatelský zážitek.

Matfyz.cz

Aktualita z fyziky: Žabí jazyk jako inspirace pro nové technologie

Leopardí žába chytí hmyz pětkrát rychleji, než trvá mrknutí lidského oka (foto: Georgia Institute of Technology)

Americký tým složený z fyziků a biologů studoval žáby a jejich schopnost spolehlivě lovit kořist. Výzkum by mohl pomoci ve vývoji nových typů pojivových materiálů a s tím spojených nových technologií.

Účinnou zbraní, kterou žáby využívají při lovu kořisti, jsou sliny měnící viskozitu v závislosti na smykové síle. Činitel smykového tření je fyzikální veličina, která udává poměr třecí síly a kolmé tlakové síly mezi tělesy při smykovém tření. Když jazyk pokrytý slinami dosáhne kořisti, je smyková síla malá, sliny jsou řídké a vniknou do všech pórů kořisti. Když se jazyk stahuje zpátky, je smyková síla velká, sliny zhoustnou a hmyz se přilepí. V anglické vědecké komunitě se tato vlastnost nazývá „shear thinning“.

Tato dvoufázová, viskoelastická, nenewtonovská kapalina (nenewtonovské kapaliny se mohou chovat zvláštně a hranice mezi kapalinou a pevnou látkou u nich není ostrá) způsobuje, že je jazyk velmi lepkavý. V kombinaci s dalšími unikátními vlastnostmi pak žába dokáže svou kořist ulovit neuvěřitelně hbitě. Rychlým mávnutím jazyka, který má tvar bičíku, je schopna chytit nejen letící hmyz, ale také kořist, která je až 1,5krát těžší než ona sama, včetně myši nebo ptáka.

Na začátku studie vědci snímali vysokorychlostní kamerou známou „leopardí žábu“ (Rana pipiens). Zjistili, že hmyz chytí za méně než 0,07 s, což je pětkrát rychleji, než trvá jedno mrknutí lidského oka.

Výpočty ukázaly, že když se jazyk žáby zatahuje zpět, síla působící na kořist může dosáhnout až dvanáctinásobku síly gravitační. Jazyk je schopen držet kořist takovou silou díky tomu, že je extrémně měkký, viskoelastický, a navíc pokrytý slinami, které mění viskozitu v závislosti na tlaku.

Při nízké rychlosti smyku jsou sliny velmi husté a mají větší viskozitu než med. Pokud jsou vystaveny vyšším smykovým silám, například když se jazyk právě vymrští za kořistí, viskozita slin padesátkrát klesne. Když pak jazyk dopadne na kořist, sliny zaregistrují vysokou smykovou rychlost a výsledkem je, že se stávají tekuté, aby mohly proniknout do všech škvírek a otvorů v kořisti. Když je kořist přitahována, sliny zhoustnou, protože smyková rychlost je malá a kořist je pevně uchycená.

Žabí sliny mají podobné vlastnosti jako barva, která se rovněž řadí mezi „shear-thinning“ tekutiny. Barva se dobře roztírá štětcem na stěnu. Jakmile se štětec vzdálí, barva zůstává na stěně pevně přilepená, protože její viskozita se, stejně jako u žabích slin, mění s působící smykovou rychlostí.

V rámci výzkumu vědci také zjistili, že jazyk žáby je tvořen jedním z nejjemnějších a nejpoddajnějších biologických materiálů. Je měkký jako mozková tkáň a desetkrát měkčí než jazyk člověka. Extrémní měkkost dovoluje, aby se jazyk silně deformoval a mohl se obtočit kolem kořisti v okamžiku dopadu. Tím se vytváří velká kontaktní plocha, která pomáhá zachycení a přilepení kořisti.

Díky měkkému a viskoelastickému jazyku je žába schopna kořist také udržet. Podle vědců jazyk funguje jako vysoce tlumicí médium – jak se kořist snaží uvolnit, jazyk působí jako tlumič nárazů. Kinetickou energii ukládá v měkké tkáni a zmenšuje síly, které by mohly chycený hmyz dostat z dosahu působení slin. Je to podobné jako u lana pro „bungee jumping“. Kdyby byl jazyk méně poddajný a tvrdší, byla by situace stejná, jako kdyby člověk, který skáče z mostu, měl kolem kotníku tuhé nepoddajné lano.

Jakmile je kořist uvnitř žabí tlamy, přicházejí na řadu opět sliny. Žába zatahuje oční bulvy do dutiny ústní, aby postrkovala kořist dál do hrdla. Tento pohyb produkuje smykovou sílu, která je paralelní s jazykem a je dostatečně velká, aby sliny opět zřídly a zvodnatěly, a tím se kořist uvolnila. Dvoufázové sliny tedy žábě pomáhají ve všech fázích chytání kořisti. Nízká viskozita pomáhá chycení a uvolnění, zatímco velká viskozita slouží pro udržení.

Vědci věří, že by se tento mechanismus mohl stát inspirací pro návrh syntetických reverzibilních adheziv pro vysokorychlostní aplikace. Taková látka by mohla být použita například pro vytvoření mechanismu rychlého sběru objektů pomocí dronů nebo jako způsob, jak sbírat drobné objekty z dopravníkových pásů ve výrobních halách.

Původní materiál byl uveřejněn v Royal Society Interface a v Physical Review Letters.


Mohlo by vás zajímat:

Američtí fyzici vytvořili kovovový vodík
Kvantový volný pád
Nový pomocník v medicíně
První grafenový reproduktor

Kompletní archiv Aktualit z fyziky

Další obrázky
comments powered by Disqus

Matfyz.cz

Univerzita Karlova
Matematicko-fyzikální fakulta
Ke Karlovu 3
121 16  Praha 2
IČ: 00216208
DIČ: CZ00216208
web fakulty
studuj na Matfyzu
e-shop