Forskere har afsløret hemmeligheden bag mariehønens foldevinger

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

Forskere fra University of Tokyo var i stand til at afsløre hemmeligheden bag de foldede bagvinger af mariehøns, efter at have fundet ud af, at ikke kun det allerede velstuderede "hydrauliske drev" med et net af kar, men også elytraen med maven, er direkte involveret i denne proces.

Forskernes arbejde er publiceret i Proceedings of the National Academy of Sciences og er opsummeret på Phys.org.

Mariehøns er i stand til, når de går på deres fødder, at folde deres vinger kompakt under stiv elytra for at beskytte dem mod skader. Hvis det er nødvendigt at lette, folder de bagerste svømmehudsvinger sig ud på gennemsnitligt 0,1 sekunder. Denne mekanisme er godt forstået, fordi mariehøns hæver elytraen, før de spreder deres vinger.

De hindeagtige bagvinger af biller under elytra er foldet som origami og gennemtrænges af et netværk af kar, der fyldes med væske. Før start hæver mariehønen elytraen og belaster musklerne i det tredje thoraxsegment, hvilket øger væsketrykket i de flyvende vingers kar. Som et resultat øges karrenes elasticitet, og vingen udvider sig.

Forskere har ikke været i stand til i detaljer at se processen med at folde vingen. Faktum er, at mariehønen efter landing folder elytraen og først efter det begynder at trække bagvingerne tilbage og aktivt hjælper sig selv med maven. I gennemsnit tager biller omkring to sekunder om at folde deres flyvende vinger.

For at studere foldningen af vingerne brugte forskerne en syvplettet mariehøne (Coccinella septempunctata). Hun fik fjernet en del af sin højre stive elytra. Det slettede område blev derefter brugt som et værktøj til at skabe en kopi af klar UV-hærdelig akrylharpiks. En akrylkopi af elytraen blev derefter klistret på resten af mariehøne-elytraen.

Forskerne gennemførte en hurtig undersøgelse af billen og undersøgte også en fjern del af elytraen under et mikroskop. Det viste sig, at indersiden af elytronen har et relief svarende til mønsteret af den flyvende vinges fartøjer. Derudover er der på indersiden af elytronen en slags "Velcro" - områder dækket med de mindste børster, der holder den foldede vinge.

Lignende "Velcro" er placeret på oversiden af maven. Det viste sig, at mariehønen efter landing folder elytraen og begynder derefter at stramme og rette maven. I dette øjeblik falder trykket i karrene. Ved den første stramning af maven passer karrene ind i de tilsvarende fordybninger på indersiden af elytronen.

Efter afspænding af maven glider den langs undersiden af bagvingerne. Derefter belaster mariehønen igen maven, som strammer op, samler vingerne op og gemmer dem under elytraen. I dette tilfælde fungerer de gennemsigtige membraner mellem karrene som guider ved foldning af vingen.

Som videnskabsmænd bemærker, i modsætning til origami selv, folder en mariehøne vingerne ikke i skarpe vinkler, men krøller snarere. På grund af dette vil deres mekaniske styrke sandsynligvis blive bevaret. Derudover gør vridning det muligt at undgå knæk af karrene og deres overlapning på grund af deformation.

Så ved at trække sig sammen og slappe af maven opnår mariehønen fuldstændig foldning af bagvingerne under elytraen. Forskere mener, at de foldede elastiske vinger begynder at fungere som en slags sammenpressede fjedre. Når elytraen hæves, holder deres indre del op med at klamre sig til bagvingerne, og de begynder som en fjeder at rette sig ud. Spredningsprocessen opfanges derefter af "hydraulik".

Japanske videnskabsmænd mener, at undersøgelse af mekanismerne til udfoldning og foldning af vingerne på mariehøns og nogle andre biller vil finde de bedste tekniske løsninger til at skabe foldemekanismer til forskelligt udstyr, fra solpaneler og satellitantenner til vingerne på dæksfly.

I øjeblikket er der ingen mekanismer til at folde og udfolde vingen svarende til dem i biller. De mekanismer, der bruges på dæksfly, er et sæt hydrauliske drev og låse. Vingen på et luftfartøjsbaseret fly i nogen afstand fra dens rod har en hængselsløkkefold.

Specielle pumper, der pumper trykket op i det hydrauliske system, tvinger mekanismens drev til at udfolde eller folde vingen. I yderstillinger er vingen fikseret. En foldbar vinge bruges på dækede fly for at spare plads, så de kan placeres mere kompakt i hangarer eller dæksparkering.

I begyndelsen af februar i år præsenterede forskere fra NASA og Brigham Young University et foldbart radiatordesign til afkøling af små kunstige jordsatellitter. Denne radiator foldes og foldes ud som origami. Enheden vil kontrollere niveauet af varmeoverførsel ved at justere dybden af folderne: Jo højere den er, jo mere varme absorberer enheden.