Природата изобилства от растения с иглички и тръни, използвани предимно за защита срещу тревопасни животни, но розите се открояват сред това трънливо разнообразие с техните сплескани бодли.

„Изучавам физиката на пробиването и рязането от няколко години, вдъхновявайки се от книгата на Макмеън и Бонър от 1983 г. „За размера и живота“. Това е стара книга, но предоставя отлични примери за това как физиката може да ограничи функционалността както на техническите, така и на живите системи. Особено елегантни, според мен, са анализът на съотношението дължина към диаметър на стоманените пирони и заключенията за зависимостта на скоростта на гребане от броя на гребците. Ние просто искахме да разберем защо розовите тръни имат овално напречно сечение“, казва биофизикът Кааре Х. Йенсен, който е ръководил изследването.

Докато изучавал различни тръни, срещащи се в природата, той забелязал, че бодлите на розите се различават забележимо от тези на много други растения – в напречно сечение те приличат на остриета, докато при повечето растения са кръгли игли.

„Кръглите пръчки – като пирон или игла – са подходящи за пробиване. Следователно, ако целта е просто да предпазват растението, няма причина то да се отказва от кръглите бодли.“, признава изследователят.

За експеримента те направили разнообразие от силиконови бодли с различни форми, прикрепили ги към роботизирана ръка и ги движили през втвърден желатин.

„Проведохме прост експеримент, за да проверим как ефективността на един трън зависи от формата му. Прекарахме ги през желатин, използвайки малък робот, който симулираше движението на животно спрямо стъбло на роза. Оказа се, че овалните тръни са по-подходящи за рязане. Те са по-ефективни от кръглите, които са склонни да се огъват или губят стабилност при напрежение на срязване“, обяснява Йенсен.

Изчисленията показали, че със съотношението на страните на напречното сечение на тръна на розата, природата е намерила компромис между максималните щети, нанесени на порязан нападател, и силата на оръжието – по-плоските тръни се огъват или чупят.

„Харесват ми експерименти, които тестват границите на биологичния дизайн. Лесно е да се твърди, че дадена характеристика е теоретично оптимална. Аз и много други сме правили това преди. Но количествената оценка на ефективността на очевидно неоптималните решения в лабораторията е може би още по-вълнуваща“, смята ученият.

Получените резултати ще помогнат за разработването на изкуствени остриета за специфични приложения – например в медицината, селското стопанство, промишлеността и роботиката, където е необходимо рязане на меки материали.

„Продължавам да се интересувам от формата на бодлите. Една област, която ми се струва обещаваща, е въздействието на многократната употреба. Как се променя формата с износване? Наскоро проведохме тази работа върху модел на молив и бих искал да опитам подобни експерименти с биологични проби“, заключава Йенсен.