Tutkijat ovat paljastaneet leppäkertun taittuvien siipien salaisuuden

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Tokion yliopiston tutkijat pystyivät paljastamaan leppäkerttujen taittuvien takasiipien salaisuuden saatuaan selville, että ei vain jo hyvin tutkittu "hydraulinen käyttö" alusverkolla, vaan myös elytra vatsan kanssa. suoraan mukana tässä prosessissa.

Tutkijoiden työt on julkaistu Proceedings of the National Academy of Sciences -julkaisussa ja niistä on yhteenveto osoitteessa Phys.org.

Leppäkertut pystyvät kävellessään jaloillaan taittamaan siipensä tiiviisti jäykän elytran alle suojatakseen niitä vaurioilta. Jos lentoonlähtö on tarpeen, takarainaiset siivet avautuvat keskimäärin 0,1 sekunnissa. Tämä mekanismi ymmärretään hyvin, koska leppäkertut nostavat elytran ennen siipiensä levittämistä.

Elytran alla olevat kovakuoriaisten kalvomaiset takasiivet ovat taittuneet kuin origami, ja ne läpäisevät nestettä täyttyvän suoniverkoston. Ennen lentoonlähtöä leppäkerttu nostaa erytraa ja rasittaa kolmannen rintakehän segmentin lihaksia, mikä lisää nesteen painetta lentävien siipien verisuonissa. Tämän seurauksena suonten elastisuus kasvaa ja siipi laajenee.

Tutkijat eivät ole pystyneet näkemään yksityiskohtaisesti siiven taittamisprosessia. Tosiasia on, että laskeutumisen jälkeen leppäkerttu taittaa elytran ja vasta sen jälkeen alkaa vetää takasiipiä takaisin auttamalla itseään aktiivisesti vatsan kanssa. Keskimäärin kovakuoriaisilla menee noin kaksi sekuntia taittaakseen lentävät siipensä.

Siipien taittumisen tutkimiseen tutkijat käyttivät seitsemäntäpläistä leppäkerttua (Coccinella septempunctata). Häneltä poistettiin osa oikeasta jäykästä elytrastaan. Poistettua aluetta käytettiin sitten työkaluna luomaan kopio kirkkaasta UV-kovettuvasta akryylihartsista. Elytran akryylikopio liimattiin sitten leppäkertun elytran loppuosaan.

Tutkijat suorittivat kovakuoriaisen nopean tutkimuksen ja tutkivat myös elytran syrjäistä osaa mikroskoopilla. Kävi ilmi, että elytronin sisäpuolella on kohokuvio, joka vastaa lentävän siiven alusten kuviota. Lisäksi elytronin sisäpuolella on eräänlainen "Velcro" - alueet, jotka on peitetty pienimmillä harjaksilla, jotka pitävät taitetun siiven.

Samanlaiset "Velcro" sijaitsevat vatsan yläpuolella. Kävi ilmi, että laskeutumisen jälkeen leppäkerttu taittaa elytran ja alkaa sitten kiristää ja suoristaa vatsaa. Tällä hetkellä paine suonissa laskee. Vatsan ensimmäisen kiristyksen yhteydessä suonet sopivat vastaaviin syvennyksiin elytronin sisäpuolella.

Vatsan rentoutumisen jälkeen se liukuu takasiipien alaosaa pitkin. Sitten leppäkerttu jännittää jälleen vatsaa, joka kiristäessään poimii siivet ja työntää ne elytran alle. Tässä tapauksessa suonten väliset läpinäkyvät kalvot toimivat ohjaimina siiven taittamisen yhteydessä.

Kuten tutkijat huomauttavat, toisin kuin itse origami, leppäkertun siivet eivät taitu teräviin kulmiin, vaan pikemminkin käpristyvät. Tästä johtuen niiden mekaaninen lujuus todennäköisesti säilyy. Lisäksi kiertymisen avulla voidaan välttää suonten taipuminen ja niiden päällekkäisyys muodonmuutoksen vuoksi.

Joten supistamalla ja rentouttamalla vatsa leppäkerttu saavuttaa takasiipien täydellisen taittumisen elytran alle. Tutkijat uskovat, että taitetut joustavat siivet alkavat toimia eräänlaisina puristetuina jousiina. Kun elytra nostetaan, niiden sisäosa lakkaa takertumasta takasiipiin ja ne alkavat suoristua jousen tavoin. Levitysprosessi poimitaan sitten "hydrauliikalla".

Japanilaiset tutkijat uskovat, että leppäkerttujen ja joidenkin muiden kovakuoriaisten siipien avautumis- ja taittomekanismeja tutkimalla löydetään parhaat tekniset ratkaisut taittomekanismien luomiseen eri laitteille aurinkopaneeleista ja satelliittiantenneista kansilentokoneiden siipiin.

Tällä hetkellä ei ole olemassa mekanismeja siiven kokoamiseen ja avaamiseen, samanlaisia kuin kovakuoriaisilla. Kansilentokoneissa käytetyt mekanismit ovat sarja hydraulikäyttöjä ja lukkoja. Kanta-alustan lentokoneen siivessä, joka on jonkin matkan päässä sen juuresta, on saranasilmukkataite.

Erikoispumput, jotka pumppaavat painetta hydraulijärjestelmässä, pakottavat mekanismin käyttövoiman avaamaan tai taittamaan siiven. Ääriasennoissa siipi on kiinteä. Kannellisissa lentokoneissa käytetään taitettavaa siipeä tilan säästämiseksi, jotta ne voidaan sijoittaa tiiviimmin halleihin tai kansipysäköintiin.

Tämän vuoden helmikuun alussa NASAn ja Brigham Youngin yliopiston tutkijat esittelivät taitettavan jäähdyttimen pienten keinotekoisten maasatelliittien jäähdyttämiseen. Tämä jäähdytin taittuu ja avautuu kuin origami. Laite ohjaa lämmönsiirron tasoa säätämällä taitteiden syvyyttä: mitä korkeampi se on, sitä enemmän lämpöä laite imee.