Одно дело развернуть пазл оригами, а потом попробовать сложить его заново - быстро и без пальцев.
Вот что божья коровка умудряется каждый раз, когда садится после полета. Способность жука превращаться из летающего жука в ходячего - и наоборот - за долю секунды открывает ему доступ к широкому спектру мест обитания.
Исследования показали, что божьи коровки и другие жуки полагаются на эластичность и гидравлический механизм в жилках своих крыльев, чтобы взмахнуть задними крыльями, которые в четыре раза больше самой божьей коровки.
Чтобы выяснить, как божья коровка умудряется после полета быстро складывать и упаковывать все обратно в свой крошечный куполообразный панцирь, Кадзуя Сайто из Института промышленных наук Токийского университета заменил две трети переднего крыла в горошек. божьей коровки (также известной как надкрылья) с искусственной прозрачной версией, сделанной из смолы, используемой для изготовления искусственных ногтей.
Сайто и его команда затем установили высокоскоростные камеры, чтобы изучить процессы разворачивания и складывания в действии. Результаты, которые могут вдохновить на разработку новых инженерных разработок летающих роботов, космических солнечных батарей и даже зонтов, были опубликованы в мае в журнале PNAS, издаваемом Национальной академией наук..
Они обнаружили, что ключевым элементом дизайна божьей коровки является изогнутая форма ее жилок на крыльях - качество, характерное для металлической рулетки плотника.
«Эта структура называется ленточной пружиной или выпуклой лентой и широко используется в конструкциях, развертываемых в космосе, таких как выдвижные стрелы и антенны в спутниках», - говорит Сайто. Оказывается, говорит он, «божьи коровки использовали одну и ту же структуру более ста миллионов лет».
Конструкция ленточной пружины обеспечивает прочную структуру в растянутом состоянии, но также устойчива при сгибании и хранении в компактном виде. Подобно тому, как плотники могут легко свернуть свою измерительную ленту, нажимая и скручивая ленту, божья коровка может складывать задние крылья, сначала закрывая надкрылья и используя край панциря, чтобы надавить на задние крылья. Последовательность действий вы можете посмотреть в этом видео:
Движение, вызванное толчками живота божьей коровки, приводит к складыванию сети складок на задних крыльях. Изогнутое выравнивание панциря божьей коровки со складками ее крыльев еще больше способствует аккуратному и быстрому складыванию ее задних крыльев.
Сайто говорит, что был впечатлен простотой механизма складывания насекомого.
«Божьи коровки эффективно используют гибкость и эластичность структур для достижения сложных трансформаций», - говорит он.
С помощью микрокомпьютерной томографии (КТ) команда Сайто представила обзор замысловатых складок, которые божья коровка использует для хранения своих крыльев. Дизайн имеет ромбовидную форму в центре, а сложность узора, вероятно, смутит даже самого опытного мастера оригами.
Мэттью О'Нил, энтомолог и эксперт по божьим коровкам из Университета штата Айова, назвал идею заменить переднее крыло божьей коровки прозрачной версией «новым» подходом к пониманию скрытых секретов складывания божьей коровки.
«Самое интересное в насекомых то, что они существуют уже миллионы лет», - говорит О'Нил. «Поэтому, когда вы видите этот механизм, похожий на оригами, вы видите результат миллионов лет усилий, направленных на поиск решения».
О'Нил и Сайто предполагают, что люди могут позаимствовать методы божьей коровки. О'Нил объясняет, что способность божьей коровки быстро превращаться из ходока в летуна дает ей ключевое преимущество как хищника (большинство божьих коровок перелетают с растения на растение, а затем кормятся мелкими насекомыми, такими как тля). По его словам, заимствование техники божьей коровки может помочь в разработке дронов и беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).
" Наличие робота, который мог бы лететь к месту назначения, а затем быстро расправлять крылья и исследовать, может быть действительно крутым и полезным", - говорит О'Нил.
Сайто предполагает, что божья коровка может вдохновить на новые разработки в области работы спутниковых антенн и микроскопических медицинских инструментов. Он также считает, что механизм божьей коровки можно использовать, чтобы изобрести то, о чем многие из нас мечтают в дождливые, ветреные дни: ветрозащитный зонт.
«Обычно рамы складных зонтов имеют много соединений, которые легко сломать», - говорит Сайто. «Зонтик в виде божьей коровки» может быть изготовлен из бесшовных гибких рам, которые будут неразрушимыми даже при сильном ветре и смогут очень быстро раскрываться за счет накопленной упругой энергии».
Интересно
Божьи коровки могут быть мастерами-трансформерами, но не быстрыми летунами. Жесткая оболочка их передних крыльев в горошек защищает их сложенные задние крылья, но они не очень аэродинамичны. Божьи коровки могут летать со скоростью около 15 миль (24 км) в час. Сравните это со стрекозами, которые могут летать со скоростью до 60 миль (97 километров) в час.