Японские ученые выяснили, как божьи коровки складывают крылья, пересадив насекомому прозрачное искусственное крыло и наблюдая за его механизмом складывания. Результаты исследования, которые помогают объяснить, как крылья могут сохранять свою прочность и жесткость во время полета, в то же время становясь эластичными для компактного складывания и хранения на земле, дают намеки на инновационный дизайн широкого спектра развертываемых конструкций, от спутниковых антенн до микроскопических. медицинские инструменты для предметов повседневного использования, таких как зонты и веера.
Божьи коровки - очень подвижные насекомые, которые могут легко и быстро переключаться между ходьбой и полетом, потому что они могут быстро раскрывать и складывать крылья. Их крылья состоят из затвердевших надкрылий, передних крыльев со знакомыми пятнами и мягких перепончатых задних крыльев, используемых для полета, которые покрыты и защищены надкрыльями.
Предыдущие исследования показали, что движения живота вверх-вниз и сложные узоры складок, напоминающие оригами, на крыльях играют важную роль в процессе складывания, но то, как простое движение создает такую замысловатую сложенную форму, оставалось открытым. загадка. Божьи коровки закрывают свои надкрылья перед складыванием крыльев, что не позволяет наблюдать за детальным процессом, и, поскольку надкрылья являются важными элементами для складывания, их также нельзя снять, чтобы увидеть, что находится под ними.
Чтобы изучить механизм и структуру складывания, японская исследовательская группа сконструировала прозрачный искусственный надкрылье из отверждаемой ультрафиолетовым светом смолы, часто применяемой в нейл-арте, используя силиконовый оттиск надкрылья, снятого с пятнистой божьей коровки Coccinella septempunctata., и пересадил его взамен отсутствующего переднего крыла.
Группа под руководством доцента Казуя Сайто из Института промышленных наук Токийского университета использовала высокоскоростные камеры для наблюдения за складыванием и раскладыванием заднего крыла. Ученые обнаружили, что божьи коровки умело используют край и нижнюю поверхность надкрылий, кривизна которых соответствует характерной кривизне жилок задних крыльев, для складывания крыльев по линиям складок, а подъемные движения живота приводят к трению и подтягиванию задних крыльев. в их спинное хранилище.
«Я не был уверен, сможет ли божья коровка сложить крылья с помощью искусственного надкрылья, сделанного из смолы для нейл-арта», - говорит Сайто. «Поэтому я был удивлен, когда узнал, что это возможно».
Кроме того, исследователи использовали микрокомпьютерную томографию (КТ) для изучения трехмерных (3D) форм сложенных и разложенных крыльев, а также точек изгиба в жесткой области задних крыльев, чтобы понять механизм трансформации крыла, дающий приобретают жесткость и силу, необходимые для полета, и эластичность, облегчающую складывание. Они обнаружили, что изогнутая форма вен, очень похожая на форму ленточной пружины - устройства, используемого для измерения, также известного как рулетка плотника, - помогает поддерживать крылья. Подобные ленточные пружинные конструкции - прочные и твердые в расправленном состоянии, но которые можно произвольно сгибать и хранить в компактном виде - широко используются в выдвижных стрелах и шарнирах космических развертываемых конструкций типа спутниковых антенн..
«Техника божьих коровок для достижения сложного складывания довольно увлекательна и нова, особенно для исследователей в области робототехники, механики, аэрокосмической техники и машиностроения», - говорит Сайто.
Понимание того, как божьи коровки могут выполнять противоречивые требования укрепления своих задних крыльев силой и устойчивостью для полета, а также делать их гибкими для складывания и компактного хранения после приземления, имеет важное значение для технических наук.