Vedci odhalili tajomstvo skladacích krídel lienky

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Vedcom z Tokijskej univerzity sa podarilo odhaliť tajomstvo skladacích zadných krídel lienok, keď zistili, že nielen už dobre preštudovaný „hydraulický pohon“so sieťou ciev, ale aj elytra s bruškom priamo zapojené do tohto procesu.

Práca výskumníkov je publikovaná v Proceedings of the National Academy of Sciences a je zhrnutá na Phys.org.

Lienky sú schopné pri chôdzi na nohách kompaktne zložiť svoje krídla pod tuhou elytru, aby ich chránili pred poškodením. Ak je potrebné vzlietnuť, zadné blatníky sa rozvinú v priemere za 0,1 sekundy. Tento mechanizmus je dobre pochopený, pretože lienky zdvihnú elytru predtým, ako roztiahnu svoje krídla.

Membranózne zadné krídla chrobákov pod elytrou sú zložené ako origami a sú preniknuté sieťou nádob naplnených kvapalinou. Pred vzlietnutím lienka zdvihne elytru a napne svaly tretieho hrudného segmentu, čím sa zvýši tlak tekutiny v cievach lietajúcich krídel. V dôsledku toho sa zvyšuje elasticita ciev a krídlo sa rozširuje.

Vedcom sa nepodarilo detailne vidieť proces skladania krídla. Faktom je, že po pristátí lienka zloží elytru a až potom začne sťahovať zadné krídla a aktívne si pomáha bruchom. V priemere trvá chrobákom asi dve sekundy, kým zložia svoje lietajúce krídla.

Na štúdium skladania krídel vedci použili lienku sedembodkovú (Coccinella septempunctata). Odstránili jej časť pravej tuhej elytry. Vymazaná oblasť sa potom použila ako nástroj na vytvorenie kópie čírej akrylovej živice vytvrditeľnej UV žiarením. Akrylová kópia elytry sa potom nalepila na zvyšok lytry lienky.

Vedci vykonali rýchly prieskum chrobáka a pod mikroskopom študovali aj odľahlú časť elytry. Ukázalo sa, že vnútorná strana elytronu má reliéf zodpovedajúci vzoru plavidiel lietajúceho krídla. Okrem toho sa na vnútornej strane elytronu nachádza akýsi „suchý zips“– plochy pokryté najmenšími štetinkami, ktoré držia zložené krídlo.

Podobné "suché zipsy" sa nachádzajú na hornej strane brucha. Ukázalo sa, že po pristátí lienka zloží elytru a potom začne uťahovať a narovnávať brucho. V tomto momente tlak v cievach klesá. Pri prvom stiahnutí brucha cievy zapadnú do príslušných vybraní na vnútornej strane elytronu.

Po uvoľnení brucha sa kĺže po spodnej strane zadných krídel. Potom lienka opäť napína brucho, ktoré sa stiahne, zdvihne krídla a zastrčí ich pod elytru. V tomto prípade priehľadné membrány medzi nádobami fungujú ako vodidlá pri skladaní krídla.

Ako vedci poznamenávajú, na rozdiel od samotného origami sa krídla lienky neskladajú v ostrých uhloch, ale skôr sa krútia. Vďaka tomu sa pravdepodobne zachová ich mechanická pevnosť. Okrem toho krútenie umožňuje vyhnúť sa zalomeniu ciev a ich prekrývaniu v dôsledku deformácie.

Takže stiahnutím a uvoľnením bruška lienka dosiahne úplné zloženie zadných krídel pod elytru. Vedci sa domnievajú, že zložené elastické krídelká začnú pôsobiť ako akési stlačené pružiny. Keď sa elytra zdvihne, ich vnútorná časť prestane priľnúť k zadným krídlam a začnú sa narovnávať ako pružina. Proces rozmetania potom preberá „hydraulika“.

Japonskí vedci veria, že štúdiom mechanizmov rozkladania a skladania krídel lienok a niektorých ďalších chrobákov nájdu najlepšie technické riešenia na vytváranie skladacích mechanizmov pre rôzne zariadenia, od solárnych panelov a satelitných antén až po krídla palubných lietadiel.

V súčasnosti neexistujú mechanizmy na skladanie a rozkladanie krídla podobné tým u chrobákov. Mechanizmy používané na palubných lietadlách sú súborom hydraulických pohonov a zámkov. Krídlo lietadla na palube lietadla v určitej vzdialenosti od jeho koreňa má ohyb na závese.

Špeciálne čerpadlá, ktoré zvyšujú tlak v hydraulickom systéme, nútia pohon mechanizmu rozložiť alebo zložiť krídlo. V krajných polohách je krídlo pevné. Skladacie krídlo sa používa na palubách lietadiel, aby sa ušetrilo miesto, aby mohli byť kompaktnejšie umiestnené v hangároch alebo na palubnom parkovisku.

Začiatkom februára tohto roku vedci z NASA a Brigham Young University predstavili dizajn skladacieho radiátora na chladenie malých umelých satelitov Zeme. Tento radiátor sa skladá a rozkladá ako origami. Zariadenie bude kontrolovať úroveň prenosu tepla nastavením hĺbky záhybov: čím je vyššia, tým viac tepla zariadenie absorbuje.