Naukowcy odkryli sekret składania skrzydeł biedronki

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Naukowcom z Uniwersytetu Tokijskiego udało się odkryć tajemnicę składania tylnych skrzydeł biedronek, dowiadując się, że nie tylko dobrze zbadany „napęd hydrauliczny” z siatką naczyń, ale także elytra z odwłokiem bezpośrednio zaangażowanych w ten proces.

Prace naukowców są publikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences i podsumowane na Phys.org.

Biedronki są w stanie, chodząc na nogach, złożyć skrzydła zwarte pod sztywną elytrą, aby chronić je przed uszkodzeniem. Jeśli trzeba wystartować, tylne skrzydła z błoną pławną rozkładają się średnio w 0,1 sekundy. Ten mechanizm jest dobrze zrozumiany, ponieważ biedronki podnoszą elytry przed rozłożeniem skrzydeł.

Błoniaste tylne skrzydła chrząszczy pod elytrą są złożone jak origami i penetrowane przez sieć naczyń wypełnionych płynem. Przed startem biedronka podnosi elytrę i napina mięśnie trzeciego odcinka piersiowego, zwiększając ciśnienie płynu w naczyniach latających skrzydeł. W efekcie zwiększa się elastyczność naczyń i rozszerza się skrzydło.

Naukowcy nie byli w stanie szczegółowo przyjrzeć się procesowi składania skrzydła. Faktem jest, że po wylądowaniu biedronka składa elytrę i dopiero potem zaczyna chować tylne skrzydła, aktywnie pomagając sobie w brzuchu. Złożenie latających skrzydeł zajmuje chrząszczom średnio około dwóch sekund.

Aby zbadać składanie skrzydeł, naukowcy wykorzystali biedronkę siedmiokropkową (Coccinella septempunctata). Usunęła część prawej sztywnej elytry. Usunięty obszar został następnie wykorzystany jako narzędzie do stworzenia kopii przezroczystej żywicy akrylowej utwardzanej promieniami UV. Akrylowa kopia elytry została następnie wklejona na pozostałą część elytry biedronki.

Naukowcy przeprowadzili szybki przegląd chrząszcza, a także zbadali pod mikroskopem odległą część elytry. Okazało się, że wewnętrzna strona elytronu ma relief odpowiadający wzorowi naczyń latającego skrzydła. Dodatkowo po wewnętrznej stronie elytronu znajduje się rodzaj „rzepów” - obszarów pokrytych najmniejszym włosiem, które trzymają złożone skrzydło.

Podobny „rzep” znajduje się w górnej części brzucha. Okazało się, że po wylądowaniu biedronka składa elytrę, a następnie zaczyna zaciskać i prostować brzuch. W tym momencie ciśnienie w naczyniach spada. Przy pierwszym zaciśnięciu brzucha naczynia dopasowują się do odpowiednich wgłębień po wewnętrznej stronie elytronu.

Po rozluźnieniu brzucha przesuwa się po spodniej stronie tylnych skrzydeł. Następnie biedronka ponownie napina brzuch, który napinając się, podnosi skrzydła i chowa je pod elytra. W tym przypadku przezroczyste membrany między naczyniami działają jak prowadnice podczas składania skrzydła.

Jak zauważają naukowcy, w przeciwieństwie do samego origami, skrzydła biedronki nie składają się pod ostrymi kątami, ale zwijają się. Dzięki temu prawdopodobnie zachowana zostanie ich wytrzymałość mechaniczna. Ponadto skręcanie pozwala uniknąć załamań naczyń i ich nakładania się w wyniku deformacji.

Tak więc, kurcząc i rozluźniając brzuch, biedronka całkowicie składa tylne skrzydła pod elytrą. Naukowcy uważają, że złożone elastyczne skrzydełka zaczynają działać jak rodzaj ściśniętych sprężyn. Kiedy elytry są uniesione, ich wewnętrzna część przestaje przylegać do tylnych skrzydeł i jak sprężyna zaczynają się prostować. Proces rozrzutu jest następnie odbierany przez „hydraulika”.

Japońscy naukowcy wierzą, że badając mechanizmy rozkładania i składania skrzydeł biedronek i niektórych innych chrząszczy, znajdą najlepsze rozwiązania techniczne do tworzenia mechanizmów składania różnego sprzętu, od paneli słonecznych i anten satelitarnych po skrzydła samolotów pokładowych.

Obecnie nie ma mechanizmów składania i rozkładania skrzydła podobnych do tych u chrząszczy. Mechanizmy stosowane w samolotach pokładowych to zespół napędów i zamków hydraulicznych. Skrzydło samolotu na lotniskowcu, znajdujące się w pewnej odległości od jego nasady, ma pętlę zawiasową.

Specjalne pompy podnoszące ciśnienie w układzie hydraulicznym wymuszają rozłożenie lub złożenie skrzydła przez napęd mechanizmu. W skrajnych pozycjach skrzydło jest nieruchome. Składane skrzydło jest używane w samolotach pokładowych, aby zaoszczędzić miejsce, dzięki czemu można je bardziej kompaktowo umieścić w hangarach lub parkingach pokładowych.

Na początku lutego tego roku naukowcy z NASA i Uniwersytetu Brighama Younga zaprezentowali projekt składanego radiatora do chłodzenia małych sztucznych satelitów Ziemi. Ten grzejnik składa się i rozkłada jak origami. Urządzenie będzie kontrolować poziom wymiany ciepła poprzez regulację głębokości fałd: im wyższy, tym więcej ciepła pochłonie urządzenie.