В следующий раз, когда вас укусит оса или медоносная пчела, подумайте о элегантном дизайне их жал, которые вызвали у вас столько боли.
В новом исследовании ученые обнаружили, что жала этих двух видов примерно на пять раз мягче на кончике, чем у основания, чтобы легче проколоть кожу.
Осы и пчелы не хотят создавать слишком много боли, чтобы тех, кого они жалят, не заметили этого. Если бы вы сразу почувствовали боль, то отреагировали и удалили насекомое, прежде чем он закончил впрыскивать свой яд.
Ученые собрали ос (Vespula vulgaris) и пчел (Apis cerana) и исследовали их жала в беспрецедентных деталях, используя сложную трехмерную визуализацию, инструмент для измерения твердости и эластичности, а так же применили численное моделирование для расчета наиболее эффективного угла проникновения.
Бхарат Бхушан
«Когда вы действительно изучаете эти жала, вы узнаете, насколько они элегантны и механически прочны», — сказал г-н Бхушан — ученый из Индийского Технологичного Института, где проводились исследования.
Укусы пчел и осы в некотором роде разные. Осы жала «изогнуты», а у пчел прямые. Но у них много общего. У обоих видов насекомых в их жалах есть два зубчатых ланцета которые выступают с конца жала. Ланцеты перемещаются назад и вперед, чтобы проколоть кожу. Канал между двумя обеспечивает проток яда.
Изображения, сделанные с помощью компьютерной микрофотографии показали, что у жал пчелы и осы имеются пустоты. Природа побеспокоилась об этом с целью сделать их легкими, но прочными.
И еще один важный момент: на кончике жала насекомых в пять раз мягче и в семь раз эластичнее, чем у его основания. «Различия в твердости и жесткости по длине жала позволяют обеспечить ее проникновение как можно глубже, сохраняя ее структуру», — сказал г-н Бхушан.
Исследователи выяснили, что наиболее эффективный угол проникновения составляет 6° для пчелиного жала и 10° — для осиного. Это углы, которые лучше всего сохраняют структурную устойчивость жала при введение его в кожу животного или человека. При таком угловом наклоне больше гарантий, что жало не сломается раньше времени.
Как у инженера, который сделал карьеру в разработке некоторых продуктов, почерпнутых из природы, у Бхушана есть практическая причина популяризовать свои исследования. Он считает, что ученые могут разработать лучшую, безболезненную микроиглу в медицинских целях, имитируя некоторые элементы дизайна пчел, ос и комаров.
Например, он думает, что иглы для медицинских инъекций должны быть спроектированы так, чтобы они были мягче на кончике для уменьшении боль при уколе. Практикующая медицина может использовать результаты этого исследования для наилучшего угла при введении микроигл.
_________________________________
Другие соавторы исследования, все в ИИТ, — Ракеш Дас, Рам Нареш Ядав, Прайвер Сихота и Пиюш Юниял.
