瓢虫如何折叠其巨型翅膀

经过:阿曼达洋葱
一个七个斑点的瓢虫(Coccinella septempunctata)显示了其机翼系统的工程奇迹。通过Getty图像的Auscape/UIG“width=
一个七个斑点的瓢虫(Coccinella septempunctata)显示了其机翼系统的工程奇迹。通过Getty图像的Auscape/UIG

展开这是一回事折纸难题,但随后尝试将其重新折叠 - 快速而没有任何手指。

这就是瓢虫在飞行后每次安顿下来时都会管理的。甲虫从飞行甲虫转变为步行甲虫的能力,反之亦然 - 一秒钟以来,它可以进入广泛的栖息地。

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研究已经表明,瓢虫和其他甲虫依靠弹性和翼静脉中的液压机制来推翻其后翼,这是四次瓢虫本身的大小。

为了找出瓢虫如何设法迅速折叠并将所有东西塞进了乘飞机后的小圆顶外壳,东京大学工业科学学院的kazuya saito取代被称为Elytron),其人造,透明的版本由用来制作人造指甲的树脂制成。

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研究人员将透明的人工提取或伊利特隆移植到了七个斑点瓢虫(左)上的球球菌,以详细观察其翅膀折叠过程。人造机翼由紫外线固化的树脂制成,并结构...
2017 Kazuya Saito

然后,Saito和他的团队建立了高速摄像头,以检查行动中的突出和折叠过程。这些发现可能会激发飞行机器人,空间限制的太阳能电池板甚至雨伞的新工程设计,并于5月在期刊PNAS,由美国国家科学院出版。

他们发现瓢虫设计的一个关键要素是其机翼静脉的弯曲形状,这是木匠金属尺寸胶带中的质量。

Saito说:“该结构称为胶带或凸形胶带,已被广泛用于可部署的结构,例如卫星中的扩展动臂和天线。”他说,事实证明,“瓢虫已经使用了相同的结构已有一亿年了。”

扩展时,磁带弹簧设计提供了牢固的结构,但一旦弯曲并以紧凑的形式存储也是稳定的。类似于木匠可以通过按下胶带和卷曲胶带轻松卷起的胶带的方式,瓢虫能够通过首先关闭其Elytron并使用外壳的边缘按下后翅膀,可以通过其后翼折叠。您可以在此视频中看到动作顺序:

该运动是由瓢虫的腹部轻推驱动的,触发了将后翼折叠的折痕网络。瓢虫的外壳与翅膀的折磨的弯曲对齐进一步有助于其后翅的干净而快速的塞入。

齐托说,昆虫的折叠机制的简单性给他留下了深刻的印象。

他说:“瓢虫有效地在结构中使用灵活性和弹性行为来实现复杂的转换。”

借助微型计算机断层扫描(CT)扫描,斋藤团队进一步概述了瓢虫用来存放翅膀的复杂褶皱。该设计的中心具有钻石状的形状,即使是最熟练的折纸大师,图案的复杂性也可能混淆。

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研究人员使用Micro-CT扫描来获取瓢虫展开(左)和折叠的翅膀的图像
2017 Kazuya Saito

爱荷华州立大学的昆虫学家和甲虫专家Matthew O'Neal称使用透明版本代替瓢虫的前提是一种“小说”方法,可以理解其原本隐藏的折叠秘密。

奥尼尔说:“关于昆虫的很酷的事情是它们已经存在数百万年了。”“因此,当您看到类似折纸的机制时,您会看到数百万年的努力来实现解决方案的产物。”

O'Neal和Saito设想了人类从瓢虫的方法中借用的多种方式。奥尼尔(O'Neal)解释说,瓢虫能够在沃克(Walker)和传单之间迅速转化的能力作为捕食者(大多数瓢虫从植物飞往植物),然后觅食小昆虫(例如蚜虫)。他说,从瓢虫的技术中借用可以帮助设计无人机和无人驾驶汽车(UAV)。

奥尼尔说:“拥有一个可以飞到目的地然后迅速拉动这些机翼并探索的机器人真的很酷且有用。”

Saito想象瓢虫可以以卫星天线和微观医疗器械的运行方式激发新设计。他还认为,可以利用瓢虫的机制发明我们许多人希望在潮湿,大胆的日子里发明的东西:防风伞。

Saito说:“通常,可折叠的雨伞的框架有许多很容易被打破的关节。”“'瓢虫伞'可以用无缝的柔性框架制成,即使在强风中也是坚不可摧的,并且能够使用存储的弹性能量很快地部署。”

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