Des scientifiques japonais ont découvert comment les coccinelles plient leurs ailes en transplantant une aile artificielle transparente sur l’insecte et en observant son mécanisme de pliage sous-jacent. Les résultats de l’étude, qui aident à expliquer comment les ailes peuvent maintenir leur résistance et leur rigidité pendant le vol, tout en devenant élastiques pour un pliage compact et un stockage au sol, fournissent des indications pour la conception innovante d’une large gamme de structures déployables, des antennes satellites aux instruments médicaux microscopiques en passant par les articles à usage quotidien comme les parapluies et les ventilateurs.

Les coccinelles sont des insectes très mobiles qui peuvent basculer facilement et rapidement entre la marche et le vol, car elles peuvent rapidement se déployer et s’effondrer les ailes. Leurs ailes se composent des élytres durcis, des ailes antérieures aux taches familières et des ailes postérieures à membrane molle utilisées pour le vol, qui sont couvertes et protégées par les élytres.

Des études antérieures ont suggéré que les mouvements de haut en bas dans l’abdomen et les motifs complexes de plis en forme d’origami sur les ailes jouent un rôle important dans le processus de pliage, mais la façon dont le mouvement simple produit une forme pliée aussi complexe restait un mystère. Les coccinelles ferment leurs élytres avant le pliage des ailes, empêchant l’observation du processus détaillé, et comme les élytres sont des éléments essentiels pour le pliage, elles ne peuvent pas non plus être retirées pour révéler ce qui se trouve en dessous.

Pour étudier le mécanisme et la structure de pliage, un groupe de recherche japonais a construit un élytron artificiel transparent à partir de résine durcie par la lumière ultraviolette – souvent appliquée dans l’art des ongles — en utilisant une empreinte en silicium d’un élytron qu’ils ont retiré d’une coccinelle tachetée Coccinella septempunctata, et l’a transplanté pour remplacer l’aile antérieure manquante.

Le groupe, dirigé par le Professeur assistant Kazuya Saito de l’Institut des Sciences industrielles de l’Université de Tokyo, a ensuite utilisé des caméras à grande vitesse pour observer les mouvements de pliage et de dépliage de l’aile postérieure. Les scientifiques ont découvert que les coccinelles utilisaient habilement le bord et la surface inférieure de l’élytron, dont la courbure correspond à la forme courbe caractéristique des veines des ailes postérieures, pour plier les ailes le long des lignes de pli, ainsi que des mouvements de levage abdominaux entraînant le frottement et la traction des ailes postérieures dans leur espace de stockage dorsal.

« Je ne savais pas si la coccinelle pouvait plier ses ailes avec un élytron artificiel en résine nail art », explique Saito. « J’ai donc été surpris quand j’ai découvert que cela pouvait. »

De plus, les chercheurs ont utilisé la tomodensitométrie (TDM) pour étudier les formes tridimensionnelles (3D) des ailes pliées et dépliées, et les points de flexion dans la zone rigide des ailes postérieures pour comprendre le mécanisme de transformation des ailes donnant lieu à la rigidité et à la résistance nécessaires au vol, et l’élasticité facilitant le pliage. Ils ont révélé qu’une forme incurvée dans les veines, tout comme celle du ressort à ruban — l’appareil utilisé pour mesurer également connu sous le nom de ruban de charpentier — aide à soutenir les ailes. Des structures similaires en forme de ressort de ruban – solides et fermes lorsqu’elles sont étendues, mais qui peuvent être arbitrairement pliées et stockées sous une forme compacte — sont largement utilisées dans les rampes d’extension et les charnières de structures déployables dans l’espace comme les antennes satellites.

« La technique des coccinelles pour réaliser un pliage complexe est assez fascinante et novatrice, en particulier pour les chercheurs dans les domaines de la robotique, de la mécanique, de l’aérospatiale et du génie mécanique », explique Saito.

Comprendre comment les coccinelles peuvent atteindre les exigences contradictoires de fortifier leurs ailes postérieures avec force et stabilité pour le vol, tout en les rendant souples pour le pliage et le stockage compact après l’atterrissage a des implications importantes pour la science de l’ingénierie.