Божьи коровки — очень подвижные насекомые, которые могут легко и быстро переключаться между ходьбой и полетом, потому что они могут быстро раскрывать и складывать свои крылья. Их крылья состоят из закаленных надкрылий, передних крыльев со знакомыми пятнами и мягких задних крыльев, используемых для полета, которые покрыты и защищены надкрыльями.
Предыдущие исследования показали, что движения живота вверх-вниз и сложные оригами-образные складки на крыльях играют важную роль в процессе складывания, но то, как простое движение приводит к такой сложной складчатой форме, оставалось загадкой. Божьи коровки закрывают свои надкрылья перед складыванием крыльев, не позволяя наблюдать за детальным процессом, и, поскольку надкрылья являются важными элементами для складывания, их также нельзя удалить, чтобы открыть то, что находится под ними.
Чтобы изучить механизм складывания и структуру, японская исследовательская группа построила прозрачный искусственный надкрылье из смолы, отверждаемой ультрафиолетовым светом, часто применяемой в искусстве ногтей, используя силиконовый слепок надкрылья, который они удалили из пятнистой божьей коровки Coccinella septempunctata и пересаживали. это заменить отсутствующее переднее крыло.
Группа, возглавляемая доцентом Казуя Сайто из Института промышленных наук Токийского университета, затем использовала высокоскоростные камеры для наблюдения за складыванием и раскладыванием задних крыльев. Ученые обнаружили, что божьи коровки умело используют край и нижнюю поверхность надкрылий, кривизна которых соответствует характерной форме изгиба жилок задних крыльев, чтобы складывать крылья по линиям сгиба, вместе с подъемными движениями живота, приводящими к трению и натягиванию 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 может."
Кроме того, исследователи использовали сканирование с помощью микрокомпьютерной томографии (КТ), чтобы исследовать трехмерные (3D) формы сложенных и развернутых крыльев, а также точки изгиба в жесткой области задних крыльев, чтобы понять механизм трансформации крыла, приводящий к жесткости и прочности. необходим для полета, и эластичность, облегчающая складывание. Они показали, что изогнутая форма жилок, очень похожая на ленточную пружину — прибор, используемый для измерения, также известный как плотницкая лента, — помогает поддерживать крылья.
Подобные ленточные пружинные конструкции — прочные и прочные в расширении, но которые можно произвольно сгибать и хранить в компактной форме — широко используются в выдвижных стрелах и шарнирах космических развертываемых конструкций, таких как спутниковые антенны.
«Техника сложного складывания божьих коровок довольно увлекательна и нова, особенно для исследователей в области робототехники, механики, аэрокосмической промышленности и машиностроения», — говорит Сайто.
Понимание того, как божьи коровки могут выполнять противоречивые требования по укреплению своих задних крыльев силой и стабильностью для полета, а также сделать их гибкими для складывания и компактного хранения после приземления, имеет значительные последствия для инженерной науки.