Forskare har avslöjat hemligheten med nyckelpigans vikbara vingar

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Forskare från Tokyos universitet kunde avslöja hemligheten bakom de vikbara bakvingarna hos nyckelpigor, efter att ha upptäckt att inte bara den redan välstuderade "hydrauliska drivningen" med ett nät av kärl, utan också elytran med buken, är direkt involverad i denna process.

Forskarnas arbete publiceras i Proceedings of the National Academy of Sciences och sammanfattas på Phys.org.

Nyckelpigor kan, när de går på fötterna, vika sina vingar kompakt under styva elytra för att skydda dem från skador. Om det är nödvändigt att lyfta, fälls de bakre simhudsvingarna ut på i genomsnitt 0,1 sekunder. Denna mekanism är väl förstått, eftersom nyckelpigor höjer elytran innan de sprider sina vingar.

De membranösa bakvingarna på skalbaggar under elytran är vikta som origami och penetreras av ett nätverk av kärl som fylls med vätska. Före start höjer nyckelpigan elytran och belastar musklerna i det tredje bröstsegmentet, vilket ökar vätsketrycket i de flygande vingarnas kärl. Som ett resultat ökar kärlens elasticitet och vingen expanderar.

Forskare har inte kunnat se i detalj processen med att vika vingen. Faktum är att nyckelpigan efter landning viker elytra och först efter det börjar dra tillbaka bakvingarna och aktivt hjälpa sig med buken. I genomsnitt tar skalbaggar ungefär två sekunder att vika sina flygande vingar.

För att studera vingarnas vikning använde forskare en sjufläckig nyckelpiga (Coccinella septempunctata). Hon fick en del av sin högra stela elytra bort. Det raderade området användes sedan som ett verktyg för att skapa en kopia av klar UV-härdbar akrylharts. En akrylkopia av elytra klistrades sedan på resten av nyckelpiga elytra.

Forskarna genomförde en snabb undersökning av skalbaggen och studerade även en avlägsen del av elytran i mikroskop. Det visade sig att den inre sidan av elytronen har en relief som motsvarar mönstret av den flygande vingens kärl. Dessutom finns det på insidan av elytronen ett slags "Velcro" - områden täckta med de minsta borsten som håller den vikta vingen.

Liknande "kardborre" finns på översidan av buken. Det visade sig att nyckelpigan efter landning viker elytra och börjar sedan dra åt och räta ut buken. I detta ögonblick minskar trycket i kärlen. Vid den första åtstramningen av buken passar kärlen in i motsvarande urtag på insidan av elytronen.

Efter avslappning av buken glider den längs undersidan av bakvingarna. Sedan anstränger nyckelpigan igen buken, som, stramar upp, plockar upp vingarna och stoppar in dem under elytran. I detta fall fungerar de genomskinliga membranen mellan kärlen som styrningar när vingen vikas.

Som forskare noterar, till skillnad från origami själv, viks vingarna på en nyckelpiga inte i skarpa vinklar, utan snarare krullar. På grund av detta kommer sannolikt deras mekaniska styrka att bevaras. Dessutom gör vridning det möjligt att undvika kinkningar av kärlen och deras överlappning på grund av deformation.

Så genom att dra ihop sig och slappna av buken, uppnår nyckelpigan fullständig vikning av bakvingarna under elytran. Forskare tror att de vikta elastiska vingarna börjar fungera som ett slags komprimerade fjädrar. När elytran höjs upphör deras inre del att klänga fast vid bakvingarna och de börjar som en fjäder att räta ut sig. Spridningsprocessen tas sedan upp av "hydraulik".

Japanska forskare tror att studier av mekanismerna för att veckla ut och vika vingarna på nyckelpigor och några andra skalbaggar kommer att hitta de bästa tekniska lösningarna för att skapa vikmekanismer för olika utrustningar, från solpaneler och satellitantenner till vingarna på däcksflygplan.

För närvarande finns det inga mekanismer för att vika och fälla ut vingen som liknar dem hos skalbaggar. De mekanismer som används på däcksflygplan är en uppsättning hydrauliska drivningar och lås. Vingen på ett bärarbaserat flygplan på något avstånd från dess rot har en gångjärnsögleveck.

Specialpumpar, som pumpar upp trycket i hydraulsystemet, tvingar drivningen av mekanismen att fälla ut eller vika vingen. I extremlägen är vingen fixerad. En vikbar vinge används på däckade flygplan för att spara utrymme så att de kan placeras mer kompakt i hangarer eller däcksparkering.

I början av februari i år presenterade forskare från NASA och Brigham Young University en vikbar radiatordesign för kylning av små konstgjorda jordsatelliter. Denna kylare fälls ihop och vecklas ut som origami. Enheten kommer att kontrollera nivån av värmeöverföring genom att justera djupet på vecken: ju högre den är, desto mer värme kommer enheten att absorbera.