Учени разкриха тайната на сгъваемите крила на калинката

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

Учени от университета в Токио успяха да разкрият тайната на сгъваемите задни крила на калинките, след като установиха, че не само добре проученото "хидравлично задвижване" с мрежа от съдове, но и елитрата с корема са пряко участващи в този процес.

Работата на изследователите е публикувана в Proceedings of the National Academy of Sciences и е обобщена на Phys.org.

Калинките могат, когато ходят на крака, да сгъват компактно крилата си под твърди елитри, за да ги предпазят от повреда. При необходимост от излитане задните ребрени крила се разгъват средно за 0,1 секунди. Този механизъм е добре разбран, тъй като калинките повдигат елитрата, преди да разперят крилата си.

Мембраните задни крила на бръмбарите под елитрата са сгънати като оригами и са пронизани от мрежа от съдове, пълни с течност. Преди излитане калинката повдига елитрата и напряга мускулите на третия гръден сегмент, повишавайки налягането на течността в съдовете на летящите крила. В резултат на това еластичността на съдовете се увеличава и крилото се разширява.

Учените не са успели да видят в детайли процеса на сгъване на крилото. Факт е, че след кацане калинката сгъва елитрата и едва след това започва да прибира задните крила, като активно си помага с корема. Средно бръмбарите отнемат около две секунди, за да сгънат летящите си крила.

За изследване на сгъването на крилата учените използвали калинка със седем точки (Coccinella septempunctata). Отстраниха част от десния й твърд елитра. След това изтритата област беше използвана като инструмент за създаване на копие на прозрачна UV-втвърдяема акрилна смола. След това акрилно копие на елитрата беше залепено върху останалата част от елитрата на калинката.

Изследователите извършиха бързо проучване на бръмбара, а също така проучиха отдалечена част от елитрата под микроскоп. Оказа се, че вътрешната страна на елитрона има релеф, съответстващ на модела на съдовете на летящото крило. Освен това от вътрешната страна на елитрона има един вид "велкро" - зони, покрити с най-малките влакна, които държат сгънато крило.

Подобни "велкро" са разположени от горната страна на корема. Оказа се, че след кацане калинката сгъва елитрата, а след това започва да стяга и изправя корема. В този момент налягането в съдовете намалява. При първото стягане на корема съдовете се вписват в съответните вдлъбнатини от вътрешната страна на елитрона.

След отпускане на корема се плъзга по долната страна на задните крила. След това калинката отново напряга корема, който, стягайки се, вдига крилата и ги пъхва под елитрата. В този случай прозрачните мембрани между съдовете действат като водачи при сгъване на крилото.

Както отбелязват учените, за разлика от самото оригами, крилата на калинката не се сгъват под остри ъгли, а по-скоро се извиват. Поради това тяхната механична якост вероятно ще бъде запазена. В допълнение, усукването позволява да се избегне прегъването на съдовете и тяхното припокриване поради деформация.

И така, свивайки и отпускайки корема, калинката постига пълно сгъване на задните крила под елитрата. Изследователите смятат, че сгънатите еластични крила започват да действат като вид компресирани пружини. Когато елитрите се повдигнат, вътрешната им част престава да се придържа към задните крила и те като пружина започват да се изправят. След това процесът на разпръскване се улавя от "хидравликата".

Японски учени смятат, че изучаването на механизмите за разгъване и сгъване на крилата на калинките и някои други бръмбари ще намери най-добрите технически решения за създаване на механизми за сгъване за различно оборудване, от слънчеви панели и сателитни антени до крилата на палубните самолети.

В момента няма механизми за сгъване и разгъване на крилото, подобни на тези при бръмбарите. Механизмите, използвани на палубните самолети, са набор от хидравлични задвижвания и ключалки. Крилото на самолет-носач на известно разстояние от корена си има сгъване на панти.

Специални помпи, изпомпващи налягането в хидравличната система, принуждават задвижването на механизма да разгъва или сгъва крилото. В крайни позиции крилото е фиксирано. Сгъваемото крило се използва при самолети с палуба, за да се спести място, така че да могат да бъдат по-компактно поставени в хангари или паркинг на палубата.

В началото на февруари тази година изследователи от НАСА и Университета Бригъм Йънг представиха сгъваем дизайн на радиатор за охлаждане на малки изкуствени земни спътници. Този радиатор се сгъва и разгъва като оригами. Устройството ще контролира нивото на топлопреминаване чрез регулиране на дълбочината на гънките: колкото по-високо е, толкова повече топлина ще абсорбира устройството.