Lokomocja pajęczaków
Lokomocja pajęczaków to różne sposoby, za pomocą których pajęczaki chodzą, biegają lub skaczą; wykorzystują nie tylko skurcze mięśni , ale także dodatkowe metody, takie jak kompresja hydrauliczna . Inną adaptacją obserwowaną zwłaszcza u większych odmian pajęczaków jest włączenie elastycznej tkanki łącznej .
Hydraulika
U większości pajęczaków kompresja hydrauliczna działa jako główny środek rozciągania w kilku ich zawiasowych stawach nóg, a mianowicie odpowiednio w stawie udowo-rzepkowym i stawach piszczelowo-śródstopia lub stawach drugiej i trzeciej nogi. Zamiast krwi hemolimfa służy do przemieszczania składników odżywczych wewnątrz pajęczaka i ma drugorzędną funkcję działania jako płyn hydrauliczny. Po ściśnięciu przez ciało pajęczaka hemolimfa przykłada siłę ściskającą przez kanały w kończynach, które powodują ich rozciąganie. Ten ruch jest następnie równoważony przez mięśnie zginaczy, aby w razie potrzeby cofnąć stawy nóg. Ze względu na użycie hydrauliki do rozciągania, mięsień zginacza może być znacznie większy niż byłoby to możliwe bez wpływu na rozmiar lub wagę. Mierzalna zmiana objętości rdzenia ciała może wystąpić w okresach większego ucisku na nogi, ponieważ zatoki ciała kurczą się, aby uzyskać ciśnienie w określonych nogach. Oprócz normalnego chodu pajęczaka, w niektórych wariantach ekstremalnie wysokie ciśnienie jest używane jako środek do skakania, napędzania tylnych nóg i umożliwiania znacznie większego i bardziej gwałtownego ruchu.
Gumki
W większych odmianach pajęczaków, takich jak ptaszniki i włochate pająki pustynne, innym mechanizmem poruszania się jest elastyczny skleryt . Te skleryty są półsztywnymi łącznikami między segmentami nóg, które umożliwiają magazynowanie i wydatkowanie energii potencjalnej. Jest to stosowane jako uzupełnienie lub w połączeniu z hydrauliką zwykle stosowaną w tych stawach, umożliwiając przenoszenie większych ciężarów, szybsze i nagłe ruchy w połączeniu z już wyraźnym mięśniem zginacza działającym w tych stawach, a także precyzyjną kontrolę motoryczną ze zmniejszonym nagłym zaburzeniem przepływu hemolimfy. Stwierdzono, że przy większym ściskaniu stawu sztywność sklerytu znacznie wzrasta, co oznacza wsparcie nawet poza normalnym napięciem.
Wpływ na projektowanie biomimetyczne
Lokomocja hydrauliczna u pajęczaków była inspiracją dla wielu nowoczesnych koncepcji biomimetycznych w robotyce przeznaczonej do użytku przez ludzi lub z nimi, zwłaszcza w dziedzinie robotyki miękkiej . Zastosowanie hydrauliki w złączach robotów ma na celu zastąpienie bardziej kontrolnego, ciężkiego charakteru nowoczesnej robotyki bardziej pasywnym systemem opracowanym z miękkim uruchamianiem. Dzięki tym zainspirowanym projektom można osiągnąć różne formy uruchamiania i przenoszenia siły, w tym efekty obrotowe, podnoszące, a nawet tłumiące . Pasywny charakter zastosowanych hydraulicznych i elastycznych mechanizmów prostowników znalazł zastosowanie w projektach ortez , których celem jest wspomaganie stawów osłabionych wiekiem lub chorobą.
Wydzielanie płynów
Dodatkową metodą stosowaną przez niektóre pajęczaki w celu poprawy lokomocji jest wydzielanie płynów, charakteryzujących się efektem hydrofobowym , przez opuszki na końcach nóg, które stykają się z powierzchnią chodzenia. Wykazano, że pajęczak jest w stanie selektywnie wykorzystywać płyn adhezyjny, co oznacza, że może zdecydować się nie wydzielać płynu w pewnych okolicznościach, w których byłoby to nieuzasadnione, na przykład w wilgotnych warunkach. Zastosowanie płynów pozwala pajęczakowi na lepszą trakcję dzięki poprawie siły ścinającej zarówno w przypadku standardowego poruszania się, jak i nagłych ruchów, takich jak skoki i skoki.
Wyzwania w modelowaniu
Modelowanie układu hydraulicznego używanego przez pajęczaki było w przeszłości wyzwaniem ze względu na skalę i złożoność. Uproszczone modele koncentrujące się na poszczególnych stawach i kanałach przepływu przy użyciu nowoczesnego obrazowania, takiego jak Micro-CT, umożliwiły matematyczne wyrażenie ciśnienia i przepływu działającego na stawy. Bezpośrednia wizualizacja przepływu hemolimfy w małych ciałach była trudna ze względu na ograniczenia rozdzielczości i brak kontrastu, co powodowało, że płyn i tkanka miękka były nie do odróżnienia, ale zastosowano techniki wykorzystujące kombinację wstrzykniętych mikropęcherzyków jako znaczników w hemolimfie i synchrotronowym kontraście rentgenowskim obrazowanie, aby je śledzić.