Forskere har avdekket hemmeligheten bak marihønas sammenleggbare vinger

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Forskere fra University of Tokyo var i stand til å avdekke hemmeligheten bak de sammenleggbare bakvingene til marihøner, etter å ha funnet ut at ikke bare den allerede godt studerte "hydrauliske stasjonen" med et nett av kar, men også elytraen med magen, er direkte involvert i denne prosessen.

Forskernes arbeid er publisert i Proceedings of the National Academy of Sciences og er oppsummert på Phys.org.

Marihøner er i stand til, når de går på føttene, å brette vingene kompakt under stiv elytra for å beskytte dem mot skade. Hvis det er nødvendig å ta av, folder de bakre svømmehudsvingene seg ut på gjennomsnittlig 0,1 sekunder. Denne mekanismen er godt forstått, fordi marihøner hever elytraen før de sprer vingene.

De membranøse bakvingene til biller under elytra er foldet som origami og penetreres av et nettverk av kar som fylles med væske. Før start hever marihøna elytraen og anstrenger musklene i det tredje thoraxsegmentet, og øker væsketrykket i karene til de flygende vingene. Som et resultat øker elastisiteten til karene og vingen utvides.

Forskere har ikke klart å se i detalj prosessen med å brette vingen. Faktum er at etter landing bretter marihøna elytraen og først etter det begynner å trekke bakvingene tilbake, og hjelper seg aktivt med magen. I gjennomsnitt bruker biller omtrent to sekunder på å brette de flygende vingene.

For å studere foldingen av vingene brukte forskerne en syvflekket marihøne (Coccinella septempunctata). Hun fikk fjernet en del av den høyre stive elytraen. Det slettede området ble deretter brukt som et verktøy for å lage en kopi av klar UV-herdbar akrylharpiks. En akrylkopi av elytraen ble deretter limt på resten av marihøne-elytraen.

Forskerne gjennomførte en rask undersøkelse av billen, og studerte også en avsidesliggende del av elytraen under et mikroskop. Det viste seg at innsiden av elytronen har et relieff som tilsvarer mønsteret til fartøyene til den flygende vingen. I tillegg er det på innsiden av elytronen en slags "borrelås" - områder dekket med de minste bustene som holder den foldede vingen.

Lignende "borrelås" er plassert på oversiden av magen. Det viste seg at etter landing bretter marihøna elytraen, og begynner deretter å stramme og rette magen. I dette øyeblikket avtar trykket i karene. Ved første stramming av magen passer karene inn i de tilsvarende fordypningene på innsiden av elytronen.

Etter avslapping av magen glir den langs undersiden av bakvingene. Så anstrenger marihøna igjen magen, som etter å ha strammer seg opp, tar opp vingene og legger dem under elytraen. I dette tilfellet fungerer de gjennomsiktige membranene mellom karene som guider når vingen brettes.

Som forskere bemerker, i motsetning til selve origami, bretter ikke vingene til en marihøne seg i skarpe vinkler, men krøller seg heller. På grunn av dette vil deres mekaniske styrke sannsynligvis bli bevart. I tillegg gjør vridning det mulig å unngå kinking av karene og deres overlapping på grunn av deformasjon.

Så, ved å trekke sammen og slappe av magen, oppnår marihøna fullstendig folding av bakvingene under elytraen. Forskere tror at de foldede elastiske vingene begynner å fungere som en slags sammenpressede fjærer. Når elytraen heves, slutter den indre delen å klamre seg til bakvingene, og de begynner som en fjær å rette seg ut. Spredeprosessen plukkes deretter opp av "hydraulikk".

Japanske forskere mener at å studere mekanismene for å utfolde og folde vingene til marihøner og noen andre biller vil finne de beste tekniske løsningene for å lage foldemekanismer for forskjellig utstyr, fra solcellepaneler og satellittantenner til vingene til dekksfly.

Foreløpig er det ingen mekanismer for å brette og utfolde vingen som ligner på biller. Mekanismene som brukes på dekksfly er et sett med hydrauliske drev og låser. Vingen til et transportørbasert fly i en viss avstand fra roten har en hengselsløkkefold.

Spesielle pumper, som pumper opp trykk i det hydrauliske systemet, tvinger drivverket til mekanismen til å folde ut eller folde vingen. I ekstreme stillinger er vingen fast. En sammenleggbar vinge brukes på dekket fly for å spare plass slik at de kan plasseres mer kompakt i hangarer eller dekksparkering.

I begynnelsen av februar i år presenterte forskere fra NASA og Brigham Young University et sammenleggbart radiatordesign for kjøling av små kunstige jordsatellitter. Denne radiatoren bretter og utfolder seg som origami. Enheten vil kontrollere nivået av varmeoverføring ved å justere dybden på foldene: jo høyere den er, jo mer varme vil enheten absorbere.