‹ Назад

На первый взгляд способность рыбы прикрепляться к другому живому организму может показаться не чем-то особенно удивительным. Однако если это происходит под водой, на движущейся, мягкой и постоянно деформирующейся поверхности, задача внезапно превращается в инженерную проблему. Именно это и привлекло внимание исследователей.

Рыбы-реморы могут прикрепляться к акулам, китам, черепахам и другим морским животным, а также к лодкам и даже дайверам. Причём они делают это под водой, на движущихся и мягких поверхностях. Изучив принципы, лежащие в основе этого природного механизма, исследователи разработали новую механическую систему адгезии.

Система получила название MUSAS (Mechanical Underwater Soft Adhesion System) и представляет собой яркий пример того, как инженерные решения, вдохновлённые природой, могут находить применение в самых разных областях.

Как ремора прикрепляется к поверхности?

На голове реморы расположена специальная присасывающаяся адгезионная пластина, которая эволюционно сформировалась из первого спинного плавника. Однако эта структура гораздо сложнее обычной присоски.

Внутри диска находятся независимо работающие секции, пластинчатые структуры, называемые ламеллами, а на их поверхности — очень маленькие зубчатые структуры, называемые спинулами. Когда ремора прикрепляется к мягкой поверхности, все эти элементы работают вместе, создавая множество точек контакта.

Исследование показывает, что механизм сцепления реморы основан не только на эффекте вакуума. При движении структур внутри диска вода удаляется из пространства между диском и поверхностью, а ламеллы и спинулы одновременно обеспечивают механическое сцепление.

Иными словами, здесь одновременно работают два механизма: адгезия, подобная присасыванию, и механическое закрепление.

Это важно для понимания того, как ремора может удерживаться на движущихся и деформирующихся поверхностях.

Исследователи не стали просто копировать адгезионный диск реморы. Вместо этого они попытались определить фундаментальные принципы, лежащие в основе его работы. Это одна из важных особенностей биомиметического дизайна.

Цель заключается не в том, чтобы буквально воспроизвести природную структуру, а в том, чтобы понять, как природа решает определённую проблему, и адаптировать этот принцип к другой технологии.

На основе этих исследований была разработана система MUSAS, способная прикрепляться под водой к мягким и движущимся поверхностям. Система состоит из мягкой эластомерной структуры, стального каркаса и ламелл, изготовленных из сплава с памятью формы. Эти ламеллы имитируют механическое сцепление, возникающее при прикреплении реморы к поверхности.

Иными словами, исследователи перевели решение, сформировавшееся за миллионы лет биологической эволюции, на язык инженерных технологий.

Почему подводная адгезия важна?

Подводная адгезия — гораздо более сложная задача, чем может показаться на первый взгляд. Многие традиционные клеи разработаны для работы на сухих и относительно жёстких поверхностях. Под водой поверхности могут постоянно двигаться и деформироваться, а между поверхностью и местом соединения может находиться вода. При работе с живыми тканями задача становится ещё сложнее.

Одной из примечательных особенностей MUSAS является способность прикрепляться к мягким поверхностям с различной твёрдостью и шероховатостью и сохранять свои характеристики в различных условиях окружающей среды. Исследователи показали, что система способна создавать силу сцепления, значительно превышающую её собственный вес.

Ещё один интересный аспект исследования заключается в том, что разработанная система предназначена не только для подводных исследований. Изучается также её потенциальное применение в медицинских технологиях.

Исследователи протестировали систему как платформу, способную закрепляться внутри желудочно-кишечного тракта. Такой подход потенциально может использоваться для размещения датчиков в определённых участках желудочно-кишечной системы, мониторинга гастроэзофагеального рефлюкса и длительной доставки лекарственных препаратов.

Кроме того, были исследованы такие потенциальные применения, как доставка мРНК через желудочно-кишечный тракт и длительная доставка лекарственных средств.

Под водой MUSAS также оснащалась небольшими температурными датчиками для измерения температуры тела рыб во время их движения.

Возможность применения одного механизма адгезии в столь разных областях — от медицинских технологий до морских исследований — является одной из наиболее интересных особенностей этой работы.

Настоящая инновация заключается в том, как мы смотрим на природу

Пожалуй, самый вдохновляющий аспект этого исследования появился ещё до создания самого устройства.

Разрабатывая новую технологию адгезии, исследователи смотрели не только на существующие инженерные решения. Они попытались понять механизм, который уже работает в природе.

Ремора прикрепляется к движущимся поверхностям под водой уже миллионы лет.

Инженеры задали простой вопрос:

«Как она это делает?»

Затем они исследовали ответ с помощью анатомических исследований, физического анализа, компьютерного моделирования и экспериментов. В результате появилась не точная копия природной структуры, а новая инженерная система, вдохновлённая ею.

Здесь есть важный урок для инноваций.

Разработка новой технологии не всегда означает создание чего-то более сложного. Иногда достаточно заметить проблему, которую природа уже решила, понять принцип этого решения и адаптировать его для другой задачи.

Природа по-прежнему остаётся источником технологий

Это одна из причин, по которой биомиметические подходы продолжают привлекать внимание в различных инженерных областях.

Природа вынуждена эффективно использовать энергию и ресурсы. За миллионы лет эволюции структуры и поведение живых организмов породили огромное количество решений самых разных проблем.

В случае с реморой перед нами возникает на первый взгляд простой вопрос:

Как прикрепиться под водой к движущейся мягкой поверхности?

Ответ скрыт в анатомии рыбы.

Исследование MUSAS показывает, что технологии, вдохновлённые природой, — это не просто интересные идеи. При соответствующих исследованиях и инженерной разработке они могут превращаться в реальные решения для медицины, морских исследований и сенсорных технологий.

Возможно, некоторые технологии адгезии будущего мы продолжим искать не только в лабораториях, но и непосредственно в природе.

Потому что иногда лучший способ разработать новое решение — сначала посмотреть, как природа уже решила ту же проблему.

Взгляд Bayel: что это означает для оборудования для водных видов спорта?

Когда мы в Bayel прочитали это исследование, с коммерческой точки зрения мы сразу подумали о клеях, используемых в оборудовании для водных видов спорта.

Сёрфборды, дайвинг-оборудование, плавательное оборудование, надувные SUP-доски и лодки, подводные камеры, датчики, водонепроницаемая электроника и изделия из текстильных материалов, таких как неопрен…

Каждый из этих типов оборудования может требовать совместной работы различных материалов. При этом соединения подвергаются воздействию не только воды, но и таких сложных факторов, как движение, вибрация, давление, изменения температуры, солёная вода, а также постоянные циклы намокания и высыхания.

И здесь возникает на первый взгляд простой, но на самом деле важный вопрос:

Может ли клеевое решение, хорошо работающее в сухих условиях, обеспечивать такие же характеристики под водой или в движущейся системе, постоянно контактирующей с водой?

Фактически это одна из основных проблем, с которыми сталкиваются клеи, используемые в оборудовании для водных видов спорта. Просто соединить две поверхности недостаточно. Соединение должно оставаться надёжным при изменении условий эксплуатации оборудования.

Например, соединение различных материалов в сёрфборде, сохранение герметичности дайвинг-оборудования или способность соединительных участков надувного SUP продолжать работать под давлением показывают, что от клеевых технологий требуется больше, чем просто высокая первоначальная прочность сцепления.

Соединение должно выдерживать воздействие воды, движения и окружающей среды.

Именно здесь исследование MUSAS, вдохновлённое реморой, предлагает другой взгляд на проблему.

Конечно, это не означает, что MUSAS уже сегодня может применяться в оборудовании для водных видов спорта. Однако исследование заставляет задуматься о важной возможности:

Будут ли будущие решения для соединения подводного оборудования основаны только на более прочных клеях или появятся новые системы, объединяющие различные принципы — адгезию, механическое закрепление и адаптацию к поверхности?

Возможно, именно этот вопрос является наиболее интересным.

По мере развития оборудования для водных видов спорта растут и требования к условиям, в которых оно должно работать. Это создаёт новые вопросы, а значит, и новые направления инноваций в области клеевых технологий.

История реморы напоминает нам о важной вещи:

Чтобы создавать технологии будущего, нужно смотреть не только в лабораторию, но и на природу.

https://news.mit.edu/2025/hitchhiking-sucker-fish-inspired-adhesive-sticks-soft-surfaces-underwater-0723
https://chemmedia.com.tr/dergi-detay.php?slug=adhesives#reader