A mezei kabócák egyik faja annyira sok vizeletet választ ki, hogy attól energiatakarékos módon, nagy sebességű cseppeket katapultálva szabadul meg ahelyett, hogy egyszerűen kipisilné a folyadékot. Ezek a rovarok nagy mennyiségű vízzel táplálkoznak, amelyből kinyerik a kis mennyiségben jelen levő táplálékot. Ez viszont arra kényszeríti őket, hogy rengeteget ürítsenek, és naponta testsúlyuk akár 300-szorosát is ki kell pisilniük. Azzal, hogy végbélnyílásukat részben elforgatják, kiengednek egy nagyobb csepp vizeletet, majd ezt katapultszerűen kilövik, jelentős mennyiségű energiát takarítanak meg a sugaras vizeletürítéshez képest, mondja Saad Bhamla, az atlantai GeorgiaTech munkatársa.

A mindössze néhány milliméter hosszúságú kabócák a levéltetvek közé tartoznak, és a növények farészében (xilém) lévő nedvekkel táplálkoznak. Ezekben a gyökerektől a levelekig futó csövekben a folyadék 95 százalékban vízből áll, és csak 5 százalékban tartalmaz ásványi anyagokat, illetve egyéb tápanyagokat. A nedvet a rovarok eleve nehezen tudják kiszívni, mivel a rendszer természetéből adódóan a növény befelé szívja azt. Vagyis a rovaroknak keményen meg kell dolgozniuk a nagyon alacsony kalóriasűrűségű folyadékért, mondja Bhamla.

A szakértő és kollégái azon tűnődtek, hogyan engedhetik meg maguknak az apró rovarok, hogy ilyen energikusan és látványosan ürítsék a vizeletüket. Hogy megértsék a titkot, a csapat öt Homalodisca vitripennis kabóca 22 „kilövését” elemezte. Elsősorban egy hegyes, szőrös függelék, az úgynevezett anális tüske mozgását figyelték, ahogy elfordul és kinyílik, hogy kipréseljen egy csepp vizeletet. Minden csepp nagyjából 80 ezredmásodpercig nőtt, majd a tüske kissé tovább fordult, hogy rugóerőt hozzon létre.

Ezt követően a tüske gyorsan visszafordult eredeti helyére, és közben a cseppet a levegőbe katapultálta. Ahogy Bhamla mondja, figyelemre méltó, hogy a cseppek 40 százalékkal gyorsabban mozogtak, mint ahogyan a tüske kilőtte őket. Ezt a mechanikai jelenséget – amikor a kilőtt objektum gyorsabban mozog felfelé és kifelé, mint amilyen gyorsan az azt kilövő, forgó felület mozog – szupermeghajtásnak szokták nevezni. A koncepciót eddig csak ritka a mérnöki konstrukciókban figyelték meg, élő szervezet kapcsán még sosem észlelték.

A szakértők fizikai és matematikai modellezéssel megállapították, hogy a tüske nagy hatékonysággal adja át az energiát a vizeletcseppeknek. A kilövés sikere teljes mértékben az időzítésen múlik, hasonlóan ahhoz, mint amikor egy toronyugró leugrik az ugródeszkáról, mondja Bhamla.

Mivel a cseppek puhák és deformálhatók, képesek energiát tárolni, amely aztán a levegőben való haladásuk során a sebességükbe táplálódik. Ennek eredményeként a kabócák a becslések szerint negyed-nyolcad annyi energiát használnak vizelet eltávolítására, mintha sugárban bocsátanák ki a folyadékot, ahol jelentős energiákra lenne szükségük a szükséges kezdősebesség megadásához. A modellek szerint ez az egyik legjobb energiatakarékos megoldás a cseppek kiürítésére, mondja Bhamla.

A nagyobb testű állatoknak nincs szükségük ennyire energiahatékony vizeletürítési rendszerre, mert az energiafelvételhez, az izomerőhöz és a vizelet mennyiségéhez képest a vizeletsugár előállításának költsége elhanyagolható. Ilyen kis testméret és ennyire sok vizelet esetén azonban ezt a problémát is meg kellett oldani a rovaroknak. Az eredmények az érdekességen túl például energiahatékony öntisztító rendszerekhez adhatnak ötleteket a viselhető okoseszközökön, és a lágy robotikában is hasznosíthatók lehetnek, teszi hozzá Bhamla.