Vědci odhalili tajemství skládacích křídel berušky

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Vědcům z Tokijské univerzity se podařilo odhalit tajemství skládacích zadních křídel slunéček, když zjistili, že nejen již dobře prostudovaný „hydraulický pohon“se sítí cév, ale také elytra s břichem přímo zapojeni do tohoto procesu.

Práce výzkumníků je publikována v Proceedings of the National Academy of Sciences a je shrnuta na Phys.org.

Berušky dokážou při chůzi na nohou kompaktně složit křídla pod tuhou elytru, aby je chránily před poškozením. Pokud je nutné vzlétnout, zadní blatníky se rozvinou v průměru za 0,1 sekundy. Tento mechanismus je dobře pochopen, protože berušky zvedají elytru, než roztáhnou svá křídla.

Membránová zadní křídla brouků pod elytrou jsou složena jako origami a jsou prostoupena sítí nádob naplněných kapalinou. Před vzletem beruška zvedá elytru a namáhá svaly třetího hrudního segmentu, čímž zvyšuje tlak tekutiny v cévách létajících křídel. V důsledku toho se zvyšuje elasticita cév a křídlo se rozšiřuje.

Vědci nebyli schopni detailně vidět proces skládání křídla. Faktem je, že po přistání beruška složí elytru a teprve poté začne zatahovat zadní křídla a aktivně si pomáhá břichem. V průměru trvá broukům asi dvě sekundy, než složí svá létající křídla.

Ke studiu skládání křídel vědci použili berušku sedmitečnou (Coccinella septempunctata). Nechala si odstranit část pravé tuhé elytry. Vymazaná oblast byla poté použita jako nástroj k vytvoření kopie čiré akrylové pryskyřice vytvrditelné UV zářením. Akrylová kopie elytry byla poté nalepena na zbytek berušky elytra.

Vědci provedli rychlý průzkum brouka a také studovali odlehlou část elytry pod mikroskopem. Ukázalo se, že vnitřní strana elytronu má reliéf odpovídající vzoru plavidel létajícího křídla. Na vnitřní straně elytronu je navíc jakýsi „suchý zip“– plochy pokryté těmi nejmenšími štětinami, které drží složené křídlo.

Podobné "suché zipy" jsou umístěny na horní straně břicha. Ukázalo se, že po přistání beruška složí elytru a poté začne utahovat a narovnávat břicho. V tomto okamžiku se tlak v nádobách snižuje. Při prvním utažení břicha zapadnou cévy do odpovídajících vybrání na vnitřní straně elytronu.

Po uvolnění břicha klouže po spodní straně zadních křídel. Potom beruška znovu napíná břicho, které se sevře, zvedne křídla a zastrčí je pod elytru. V tomto případě fungují průhledné membrány mezi nádobami jako vodítka při skládání křídla.

Jak vědci poznamenávají, na rozdíl od samotného origami se křídla berušky neskládají v ostrých úhlech, ale spíše se kroutí. Díky tomu bude pravděpodobně zachována jejich mechanická pevnost. Kromě toho kroucení umožňuje zabránit zauzlování nádob a jejich překrývání v důsledku deformace.

Stažením a uvolněním břicha tedy beruška dosáhne úplného složení zadních křídel pod elytru. Vědci se domnívají, že složená elastická křídla začnou fungovat jako jakési stlačené pružiny. Když se elytry zvednou, jejich vnitřní část přestane lpět na zadních křídlech a jako pružina se začnou narovnávat. Proces rozmetání pak přebírá „hydraulika“.

Japonští vědci věří, že studium mechanismů rozkládání a skládání křídel slunéček a některých dalších brouků najde nejlepší technická řešení pro vytvoření skládacích mechanismů pro různá zařízení, od solárních panelů a satelitních antén až po křídla palubních letadel.

V současné době neexistují mechanismy pro skládání a rozkládání křídla podobné těm u brouků. Mechanismy používané na palubách letadel jsou soustavou hydraulických pohonů a zámků. Křídlo letadla založeného na nosné lodi v určité vzdálenosti od kořene má ohyb závěsu.

Speciální čerpadla, čerpající tlak v hydraulickém systému, nutí pohon mechanismu rozložit nebo složit křídlo. V krajních polohách je křídlo pevné. Skládací křídlo se používá u palubních letadel pro úsporu místa, takže je lze kompaktněji umístit v hangárech nebo na palubním parkovišti.

Na začátku února tohoto roku představili vědci z NASA a Brigham Young University design skládacího radiátoru pro chlazení malých umělých družic Země. Tento radiátor se skládá a rozkládá jako origami. Zařízení bude řídit úroveň přenosu tepla úpravou hloubky záhybů: čím vyšší je, tím více tepla zařízení absorbuje.