Afbeelding: Brian Fagan/Flickr Creative Commons
De gemeenschappelijke lieveheersbeestje is gemakkelijk te herkennen door zijn handtekening rood en zwart gevlekte shell. Maar wanneer onderzoekers aan de Universiteit van Tokio gebruikt een creatieve truc om haar schild transparant, onthuld insect vleugel geheimen die impact kunnen hebben op de ontwikkeling van de robotica, satelliet antennes, en microscopische medische instrumenten—misschien zelfs een re-imagining van het vouwmechanisme van je paraplu.
In een artikel gepubliceerd deze week in Proceedings of the National Academy of Sciences, Kazuya Saito, Assistent-Professor aan de Universiteit van Tokyo Institute of Industrial Science, wilde precies erachter te komen hoe het lieveheersbeestje zou passen haar vleugels, die zijn veel langer dan de rest van haar lichaam, onder de karakteristieke shell. Niet alleen uit pure nieuwsgierigheid, dat wel.
“Mijn hoofd onderzoek het doel is om het ontwikkelen van nieuwe ruimte inzetbare structuren zoals zonne-array peddels en antennereflectoren, dus ik ben geïnteresseerd in alle insecten die vouwbare vleugels,” Saito zei Gizmodo in een e-mail. “In vergelijking met andere kevers en lieveheersbeestjes zijn heel goed in te vliegen en nemen vaak af. Ik dacht dat de vleugel transformatie systemen zijn uitstekend en hebben een groot potentieel voor techniek.”
“Kever vleugel vouwen heeft het potentieel om te veranderen de paraplu design dat is in principe ongewijzigd gebleven voor meer dan 1000 jaar.”
Om verder te verkennen die het potentieel, de onderzoekers nodig een nieuwe weergave van de ingestorte vleugel, die normaal gesproken verborgen onder het lieveheersbeestje en de kenmerkende rood en zwart shell, genaamd de elytra. Saito en zijn team geprobeerd een aantal verschillende technieken om een kijkje te nemen langs het het lieveheersbeestje is elytrons (de twee hemisferen van de elytra) om te ontdekken de vleugels onder.
“Eerst heb ik geprobeerd het gebruik van een 3D-printer voor het maken van een kunstmatige vleugel, maar vond het moeilijk was om een dunne elytron met voldoende transparantie,” zei Saito. De onderzoekers ook gebruikt hoge snelheid beelden opnemen van een lieveheersbeestje het terugtrekken van zijn vleugels, maar dat was nog niet genoeg.
Het was het team van de secretaris die aanbevolen ze proberen een UV-uitgeharde hars, die normaal gebruikt worden in nail art, om te bouwen en transplantatie van een duidelijke vervanging voor de sterke, maar flexibele elytron. De onderzoekers eigenlijk te maken had met hun nail art elytron met de hand, gieten het in een piepklein silicium indruk van de shell, voordat het deze toevoegt aan de kever. De hars op basis van elytron is transparant en gaven de onderzoekers een venster naar het lieveheersbeestje mechanics.
Wat ze vonden was vrij ongelooflijk. Met behulp van micro-computertomografie (CT-scan), ontdekte ze dat de vleugels moest buigen punten die gebruikt een soortgelijk mechanisme als een gebogen meetlint. Net als een gevouwen meetlint springt open, lieveheersbeestjes gebruik van de opgeslagen energie gevonden in de aderen langs het oppervlak van de vleugel uit te breiden wanneer ze op de vlucht.
“Ondanks de complexe transformatie van de functie, de vleugel frame heeft geen joint,” schreef Saito. “Meestal, transformeerbare structuren vergen veel van de onderdelen, inclusief gewrichten en stijve delen. Lieveheersbeestjes effectief gebruik maken van de flexibiliteit en het elastische gedrag in de structuren en het bereiken van complexe transformatie door zeer eenvoudige structuren.”
Deze resultaten kunnen toepassingen in technologieën zoals vouwbare vleugels van de micro air vehicles, zei hij. Saito opmerkingen er zijn vele manieren vouwen van een structuur in een meer compacte vorm, maar lieveheersbeestje vleugels kan “verlenen een hoge stijfheid en sterkte in een uitgevouwen vorm, die kan tolereren hoge frequentie vleugel klapperen.”
De onderzoekers konden niet dacht dat dit uit zonder de getransplanteerde elytra, als de vleugel-cover speelt een grote rol hoe de vleugels bedienen. De rand en de onderkant van de elytra gids de opvouwbare vleugels in vorm tijdens het terugtrekken terwijl de bug is rond te lopen. Saito was verbaasd dat de kunstmatige, transparante shell gewerkt en als het deed.
Saito hoop om te blijven onderzoeken hoe kleine insecten vouwen hun vleugels en het vertalen van deze bevindingen naar technische oplossingen voor robots en satellieten. Maar hij ziet ook een wat meer alledaagse toepassing op de horizon dat iedereen die gevangen gekregen in de regen met een kapotte paraplu kan waarderen.
“Dichter bij huis, paraplu’ s zijn ook interessant doelen,” Saito zei, inpakken zijn e-mail. “Ik heb nog geen concrete ontwerp van de afbeelding, maar geloven dat de kever vleugel vouwen heeft het potentieel om te veranderen de paraplu design dat is in principe ongewijzigd gebleven voor meer dan 1000 jaar.”
[PNAS]
Bryson is een freelance verteller die wil om het universum te verkennen met je.