Oamenii de știință au descoperit secretul aripilor pliabile ale gărgăriței

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

Oamenii de știință de la Universitatea din Tokyo au reușit să descopere secretul aripilor posterioare pliabile ale buburuzei, după ce au aflat că nu numai „acționarea hidraulică” deja bine studiată cu o plasă de vase, ci și elitrele cu abdomenul sunt implicate direct în acest proces.

Lucrarea cercetătorilor este publicată în Proceedings of the National Academy of Sciences și este rezumată la Phys.org.

Buburuzele sunt capabile, atunci când merg pe picioare, să-și plieze aripile compact sub elitre rigide pentru a le proteja de deteriorare. Dacă este necesară decolarea, aripile din spate se desfac în medie de 0,1 secunde. Acest mecanism este bine înțeles, deoarece gărgărițele ridică elitrele înainte de a-și desfășura aripile.

Aripile posterioare membranoase ale gândacilor de sub elitre sunt pliate ca origami și sunt pătrunse de o rețea de vase umplute cu lichid. Înainte de decolare, gărgărița ridică elitrele și încordează mușchii celui de-al treilea segment toracic, crescând presiunea fluidului în vasele aripilor zburătoare. Ca urmare, elasticitatea vaselor crește, iar aripa se extinde.

Oamenii de știință nu au reușit să vadă în detaliu procesul de pliere a aripii. Faptul este că după aterizare, gărgărița pliază elitrele și abia după aceea începe să retragă aripile posterioare, ajutându-se activ cu abdomenul. În medie, gândacii au nevoie de aproximativ două secunde pentru a-și plia aripile zburătoare.

Pentru a studia plierea aripilor, oamenii de știință au folosit o buburuză cu șapte pete (Coccinella septempunctata). I s-a îndepărtat o parte din elitrele rigide drepte. Zona ștearsă a fost apoi folosită ca unealtă pentru a crea o copie a rășinii acrilice transparente, care se întăresc UV. O copie acrilică a elitrelor a fost apoi lipită pe restul elitrelor de gărgăriță.

Cercetătorii au efectuat un studiu rapid al gândacului și au studiat, de asemenea, o parte îndepărtată a elitrelor la microscop. S-a dovedit că partea interioară a elitronului are un relief corespunzător modelului vaselor aripii zburătoare. În plus, pe partea interioară a elytronului există un fel de „Velcro” - zone acoperite cu cei mai mici peri care țin aripa îndoită.

„Velcro” similare sunt situate pe partea superioară a abdomenului. S-a dovedit că după aterizare, gărgărița pliază elitrele și apoi începe să strângă și să îndrepte abdomenul. În acest moment, presiunea din vase scade. La prima strângere a abdomenului, vasele se încadrează în adânciturile corespunzătoare de pe partea interioară a elitronului.

După relaxarea abdomenului, alunecă de-a lungul părții inferioare a aripilor posterioare. Apoi gărgărița încordează din nou abdomenul, care, strângându-se, ridică aripile și le bagă sub elitre. În acest caz, membranele transparente dintre vase acționează ca ghidaje la plierea aripii.

După cum observă oamenii de știință, spre deosebire de origami în sine, aripile unei gărgărițe nu se pliază în unghiuri ascuțite, ci mai degrabă se îndoaie. Datorită acestui fapt, rezistența lor mecanică este probabil să fie păstrată. În plus, răsucirea face posibilă evitarea îndoirii vaselor și suprapunerea acestora din cauza deformării.

Așadar, prin contractarea și relaxarea abdomenului, gărgărița realizează plierea completă a aripilor posterioare sub elitre. Cercetătorii cred că aripile elastice pliate încep să acționeze ca un fel de arcuri comprimate. Când elitrele sunt ridicate, partea lor interioară încetează să se lipească de aripile posterioare și ele, ca un arc, încep să se îndrepte. Procesul de împrăștiere este apoi preluat de „hidraulic”.

Oamenii de știință japonezi consideră că studierea mecanismelor de desfășurare și pliere a aripilor buburuzei și a altor gândaci vor găsi cele mai bune soluții tehnice pentru crearea mecanismelor de pliere pentru diverse echipamente, de la panouri solare și antene de satelit până la aripile aeronavelor de punte.

În prezent, nu există mecanisme de pliere și desfășurare a aripii similare cu cele de la gândaci. Mecanismele utilizate pe aeronavele de pe punte sunt un set de acționări hidraulice și încuietori. Aripa unei aeronave de transport, aflată la o oarecare distanță de rădăcină, are un pliu în buclă.

Pompele speciale, care ridică presiunea în sistemul hidraulic, forțează antrenarea mecanismului să desfășoare sau să plieze aripa. În poziții extreme, aripa este fixă. O aripă pliabilă este folosită pe aeronavele cu punte pentru a economisi spațiu, astfel încât acestea să poată fi plasate mai compact în hangare sau parcări pe punte.

La începutul lunii februarie a acestui an, cercetătorii de la NASA și Universitatea Brigham Young au prezentat un design de radiator pliabil pentru răcirea micilor sateliți artificiali de pământ. Acest calorifer se pliază și se desfășoară ca origami. Dispozitivul va controla nivelul transferului de căldură prin ajustarea adâncimii pliurilor: cu cât este mai mare, cu atât mai multă căldură va absorbi dispozitivul.