Уникальное строение хобота слона, покрытого тысячей усиков от основания до кончика, обеспечивает этому животному исключительную тактильную чувствительность и позволяет мастерски управляться даже с самыми мелкими и хрупкими предметами.

Сенсорные системы животных

В процессе эволюции животные выработали различные сенсорные системы, которые помогают им ориентироваться в окружающей среде, передвигаться по местности, находить пищу, избегать хищников и ориентироваться в темноте. Многие млекопитающие, такие как кошки и крысы, используют в качестве органов осязания специальные чувствительные волоски — вибриссы, или усы.

Особенности усиков слона

Хобот слона также покрыт примерно тысячей усиков, каждый из которых достигает длины около пяти сантиметров. В отличие от вибрисс грызунов, слоновьи усики не снабжены специальными мышцами, которые вызывают характерное вибрирование при контакте с объектами. Кроме того, если усики слона повреждаются, они не отрастают заново, в отличие от усов крыс.

Исследование, опубликованное в журнале Science командой инженеров, материаловедов и нейробиологов, показало, что усики слона отличаются от вибрисс грызунов не только по строению, но и по другим параметрам. Именно эти отличия обеспечивают слонам невероятно острое чувство осязания, компенсируя толстую кожу и слабое зрение.

Строение и функциональные градиенты

С помощью микрокомпьютерной томографии и электронной микроскопии ученые выяснили, что каждый усик на хоботе азиатского слона имеет толстое, жесткое и пористое основание, пронизанное порами. Это основание плавно переходит в мягкий, плотный и упругий кончик овальной, конической формы, напоминающий резину. Такое строение резко отличается от равномерно жестких по всей длине усов крыс и мышей.

Переходы от жесткого к мягкому, от пористого к плотному, от круглого к овальному называются функциональными градиентами. Каждый из трех градиентов — геометрии, пористости и жесткости — по-своему регулирует тактильное восприятие слона.

Влияние градиентов на чувствительность

Компьютерное моделирование показало, что коническая овальная форма усика усиливает его взаимодействие с поверхностями и текстурами, а также позволяет выбирать предпочтительные направления изгиба. Переход от пористого основания к плотному кончику уменьшает массу усика и снижает риск поломки. Плавный переход от жесткости к мягкости позволяет усикам изгибаться в разные стороны, а слону — точно определять точки контакта с окружающей средой по всей длине усика. Это свойство помогает животному понимать, насколько близко или далеко находится его хобот от объекта, и аккуратно манипулировать даже очень деликатными предметами.

Перспективы для технологий

Вдохновившись обнаруженными в слоновьих усиках функциональными градиентами, исследовательская группа планирует разработать новые роботизированные сенсорные технологии, которые смогут повторить уникальные тактильные возможности слонов.