Gli scienziati giapponesi hanno capito come le coccinelle piegano le ali trapiantando un’ala artificiale trasparente sull’insetto e osservando il suo meccanismo di piegatura sottostante. I risultati dello studio, che aiutano a spiegare come le ali possano mantenere la loro forza e rigidità durante il volo, mentre diventano elastiche per la piegatura compatta e lo stoccaggio a terra, forniscono suggerimenti per il design innovativo di una vasta gamma di strutture dispiegabili, dalle antenne satellitari agli strumenti medici microscopici agli articoli per l’uso quotidiano come ombrelli e ventole.

Le coccinelle sono insetti altamente mobili che possono passare tra camminare e volare con facilità e velocità perché possono schierare e comprimere rapidamente le loro ali. Le loro ali sono costituite dalle elitre indurite, dalle ali anteriori con le macchie familiari e dalle ali posteriori a membrana morbida utilizzate per il volo, che sono coperte e protette dalle elitre.

Studi precedenti hanno suggerito che i movimenti su e giù nell’addome e complessi schemi di piega simili a origami sulle ali svolgono un ruolo importante nel processo di piegatura, ma come il semplice movimento produca una forma piegata così intricata è rimasto un mistero. Le coccinelle chiudono le elitre prima del ripiegamento delle ali, impedendo l’osservazione del processo dettagliato, e poiché le elitre sono elementi essenziali per il ripiegamento, non possono essere rimosse per rivelare ciò che si trova sotto.

Per studiare il meccanismo di piegatura e la struttura, un gruppo di ricerca giapponese ha costruito un elisir artificiale trasparente da resina polimerizzata alla luce ultravioletta-spesso applicata nella nail art—utilizzando un’impressione di silicio di un elisir rimosso da una coccinella macchiato Coccinella septempunctata, e trapiantato per sostituire l’anteriore mancante.

Il gruppo, guidato dal professore assistente Kazuya Saito dell’Istituto di Scienze industriali dell’Università di Tokyo, ha quindi utilizzato telecamere ad alta velocità per osservare i movimenti di piegatura e dispiegamento del hindwing. Gli scienziati hanno scoperto che le coccinelle usano abilmente il bordo e la superficie inferiore dell’elytron, la cui curvatura si adatta alla caratteristica forma curva delle vene posteriori, per piegare le ali lungo le linee di piega, insieme ai movimenti di sollevamento addominali con conseguente sfregamento e trazione delle ali posteriori nel loro spazio di archiviazione dorsale.

“Non ero sicuro che la coccinella potesse piegare le ali con un elisir artificiale fatto di resina per unghie”, dice Saito. “Così sono rimasto sorpreso quando ho scoperto che poteva.”

Inoltre, i ricercatori hanno utilizzato la scansione micro tomografia computerizzata (CT) per studiare le forme tridimensionali (3D) delle ali piegate e spiegate e i punti di flessione nell’area rigida delle ali posteriori per comprendere il meccanismo di trasformazione dell’ala che dà origine alla rigidità e alla forza necessarie per volare e all’elasticità che facilita la piegatura. Hanno rivelato che una forma curva nelle vene, molto simile a quella della molla a nastro—l’apparecchio utilizzato per misurare noto anche come nastro da falegname—aiuta a sostenere le ali. Strutture simili a molle a nastro-forti e ferme quando estese, ma che possono essere piegate arbitrariamente e conservate in forma compatta—sono ampiamente utilizzate nelle aste di estensione e nelle cerniere di strutture spaziali spiegabili come antenne satellitari.

“La tecnica delle coccinelle per ottenere piegature complesse è piuttosto affascinante e innovativa, in particolare per i ricercatori nei campi della robotica, della meccanica, dell’aerospazio e dell’ingegneria meccanica”, afferma Saito.

Capire come le coccinelle possono raggiungere i requisiti contrastanti di fortificare le loro ali posteriori con forza e stabilità per il volo, rendendole anche flessibili per la piegatura e lo stoccaggio compatto dopo l’atterraggio ha implicazioni significative per la scienza ingegneristica.