Multifunctionele onderkaken van mieren: Variation in gripping behavior facilitated by specific microstructures and kinematics
De langwerpige onderkaken van bepaalde mierensoorten zijn behendige grijpers die een breed scala aan krachten kunnen uitoefenen, zoals nodig is voor verschillende taken. Ons gecombineerd experimenteel en theoretisch onderzoek onthult de multifunctionaliteit van de onderkaken van Harpegnathos venator die mogelijk wordt gemaakt door specifieke microstructuren en karakteristieke kinematica. Ten eerste vonden we dat H. venator een poot van een spin (Heteropoda venatoria) kan lostrekken door zijn lange onderkaken te sluiten. We zagen dat de mier meestal de poot van de spin vastklemt met behulp van het distale of middelste deel van zijn onderkaken. Daarentegen kan de mier het ei vastgrijpen met de proximale delen van zijn kaken zonder schade te veroorzaken. Onze resultaten toonden aan dat de poten van de spin altijd gebroken zijn ter hoogte van het coxa-trochanterale gewricht. Ten tweede vonden wij dat de kracht die nodig is om de poot van de spin te breken kan oplopen tot 500 maal het lichaamsgewicht van de mier. Aan de andere kant kan de maximale kracht gecontroleerd worden tot minder dan 2×10- 6N bij het grijpen van een ei. Door een combinatie van beeldvorming van de microstructuur, kinematische tracking en wiskundige modellering ontdekten we dat de scherpe tanden en dichte borstelharen aan de binnenzijde van de onderkaken bepalend zijn voor de hoge adhesiekracht, terwijl de concave tanden en de biaxiale rotatie van de onderkaken een zachte grijpbeweging mogelijk maken. Wij hebben onze bevindingen gevalideerd door de constructie van een kunstmatig onderkaakpaar. Dit werk vergroot de kennis van de fysiologische multifunctionaliteit in onderkaken van mieren, en biedt nieuwe manieren om de multifunctionaliteit in insecten aanhangsels te onthullen door toepassing van de instrumenten van mechanische analyse en gerelateerde experimentele apparaten.