Почему медведи не буксуют?

Животные удивительно приспособлены для быстрого перемещения там, где человеку трудно или невозможно передвигаться. В Интернете можно видеть фотографии ящериц, бегущих по воде на задних лапах, или скачущих по скалам горных козлов. Снимки обычно сопровождают заголовки о нарушении законов физики. Разумеется, их никто не нарушает. Известно, что парнокопытные могут крепко хвататься за камни копытцами и этим резко увеличивать сцепление с поверхностью.

Непринужденно передвигающиеся по скользкому льду белые медведи также удивляют наблюдателей. Вопрос о том, как им это удается, решила прояснить команда ученых из Университета Акрон (штат Огайо), работаюшая под началом профессора Школы полимеров Али Динойвала (Ali Dhinojwala). Кроме него в команду входили биолог и специалист, занимающийся разработкой автомобильных покрышек. Результаты исследований опубликованы в Journal of the Royal Society Interface в ноябре 2022 года.

С помощью сканирующего электронного микроскопа ученые изучили медвежьи лапы и их реплики, взятые из разных источников, от музеев до таксидермистов. Это были части тел американских медведей, белого, бурого и черного (барибала), а также их дальнего родственника, малайского медведя. Исследователи тщательно исследовали подушечки на лапах и построили характеристики шероховатости поверхности подушечек в диапазоне от долей микорона до миллиметров.

Выяснилось, что на подушечках белого, бурого и черного медведей есть кожные выросты в форме сосков размерами от миллиметра до его долей. Причем у белых медведей по сравнению с близкими родственниками они в 1,2–1,5 раза длиннее и, соответственно, у них на десятки процентов большая площадь. Раньше биологи уже предполагали, что соски предназначены для сцепления со снегом.

Исследователи создали модели подушечек с разной шероховатостью, отпечатали их на полимерах и протестировали их сцепление с заснеженным льдом. Эксперимент доказал, что у лап белого медведя сдвиговые напряжения, преодолевающие трение на 30– 50% выше, чем у бурого или черного. Иными словами, трение лап белого медведя о лед существенно выше, чем у родственников. Этот факт компенсирует даже меньший размер его лап.

Профессор Динойвала, который также изучает механизмы образования снега, надеется продолжить эксперименты на собаках, волках, лисах и даже горных козах. Применить звериные достижения он собирается при разработке новых покрышек для автомобилей и самолетов. Более того, он предполагает внедрить новые способы рифления обуви, особенно специализированной, предназначенной для скалолазов и альпинистов.

Journal of The Royal Society Interface, 2022; 19 (196)