Giải mã bí ẩn về khả năng trườn của rắn

Các nhà khoa học Mỹ vừa tìm ra bí quyết giúp rắn bò trên những mặt phẳng nhẵn. Phát hiện giúp chúng ta giải quyết một trong những bí ẩn lâu đời nhất, đồng thời giúp các kỹ sư thiết kế những robot tìm kiếm và cứu hộ hiện đại hơn.

Toàn thân rắn được bao phủ một lớp vảy, song vảy của chúng hoàn toàn khác với vảy cá. Vảy rắn là do tầng sừng ở phía ngoài cùng của da biến thành nên cũng được gọi là vảy sừng, trong khi vảy của đại đa số các loài cá là tầng chân bì phía trong cùng của da biến thành. Vảy rắn dẻo dai, không thấm nước. Sự phát triển của vảy không tương ứng với sự lớn lên của cơ thể. Rắn lớn lên nhờ những lần lột xác. Sau mỗi lần lột xác, vảy mới sẽ lớn hơn vảy cũ một chút. Vảy rắn, không chỉ ngăn chặn sự bốc hơi của nước, giúp cơ thể khỏi bị tổn thương, mà còn giúp chúng di chuyển.

Vảy trên thân rắn có 2 loại: vảy bụng (ở chính giữa bụng, tương đối lớn và có hình chữ nhật) và vảy thân (nhỏ hơn vảy bụng và nằm ở hai bên vảy bụng kéo dài đến mặt lưng). Vảy bụng kết nối với xương sườn thông qua cơ sườn.

Rắn không có xương mỏ ác, nên xương sườn có thể cử động tự do theo hai chiều trước và sau. Khi cơ sườn co bóp, xương sườn tiến về phía trước khiến vảy bụng hơi vểnh lên. Đầu nhọn của vảy cọ xát với các vật thể bên dưới, đẩy cơ thể tiến về phía trước theo hình sóng.

Nhiều người biết rắn tận dụng lực ma sát của đá, rác và các vật thể khác khi trườn qua địa hình gồ ghề. Nhưng chưa ai giải thích được tại sao chúng di chuyển được trên bề mặt trơn hoặc nhẵn – nơi mà lực ma sát rất nhỏ hoặc không tồn tại. David Hu – một chuyên gia về sự di chuyển của động vật của Viện công nghệ Georgia (Mỹ) – tuyên bố ông và đồng nghiệp đã tìm ra câu lời.

Nhóm nghiên cứu tiến hành gây mê đối với 10 con rắn sữa Pueblan (loài rắn không có nọc độc, dài trung bình 35 cm, trên thân có những dải màu đỏ, đen, vàng và trắng). Sau khi thuốc mê phát huy tác dụng, họ tính toán lực mà chúng cần tạo ra để bò theo nhiều hướng. Kết quả cho thấy, lực mà rắn cần để di chuyển sang ngang lớn gấp đôi so với lực để chúng di chuyển về phía trước song lại bằng 50% so với lực mà rắn tạo ra để lùi.

Nhóm chuyên gia còn ghi hình những cử động của rắn để phân tích. Họ nhận thấy vài đoạn trên cơ thể chúng nâng khẽ lên khỏi bề mặt bên dưới khi di chuyển. Thủ thuật này giúp rắn giảm được sự cọ xát không cần thiết, đồng thời tạo ra áp suất lớn hơn lên những phần đang đẩy chúng về phía trước. Khi Hu kết hợp hai chuyển động trên vào mô hình máy tính, ông nhận thấy con rắn ảo trườn nhanh và uyển chuyển như rắn thật.

Lakshminarayanan Mahadevan, một nhà toán học của Đại học Harvard (Mỹ), đã nghiên cứu chuyển động của rắn trong nhiều năm. Ông cho biết, giới khoa học biết về các đặc tính ma sát của da rắn từ thập niên 40 của thế kỷ trước, song Hu là người đầu tiên kết hợp thao tác nhấc thân và cọ xát để giải thích bí mật của rắn.

Phát hiện của Hu có thể giúp các kỹ sư thiết kế những robot tìm kiếm và cứu hộ trong các tòa nhà sập mỗi khi có động đất hay chiến tranh. Trước đây các nhà phát minh đã tạo ra nhiều robot có hình dạng giống rắn, song chúng không thể di chuyển trên những bề mặt nhẵn. Hu cho rằng robot có thể làm điều đó nếu chúng được bọc trong lớp da có khả năng bắt chước vảy rắn.