Japanska forskare har räknat ut hur nyckelpigor viker sina vingar genom att transplantera en transparent konstgjord vinge på insekten och observera dess underliggande vikningsmekanism. Studiens resultat, som hjälper till att förklara hur vingarna kan behålla sin styrka och styvhet under flygningen, samtidigt som de blir elastiska för kompakt vikning och lagring på marken, ger tips för den innovativa designen av ett brett spektrum av distribuerbara strukturer, från satellitantenner till mikroskopiska medicinska instrument till artiklar för daglig användning som paraplyer och fläktar.

nyckelpigor är mycket rörliga insekter som kan växla mellan att gå och flyga med lätthet och hastighet eftersom de snabbt kan distribuera och kollapsa sina vingar. Deras vingar består av den härdade elytra, forewings med de välbekanta fläckarna och de mjuka membran bakvingarna som används för flygning, som är täckta och skyddade av elytra.

tidigare studier har föreslagit att upp-och-ner-rörelser i buken och komplexa origamiliknande veckmönster på vingarna spelar en viktig roll i vikningsprocessen, men hur den enkla rörelsen ger en så invecklad vikad form förblev ett mysterium. Nyckelpigor stänger sin elytra innan vingfällning, förhindrar observation av den detaljerade processen, och eftersom elytra är väsentliga element för vikning, kan de inte heller tas bort för att avslöja vad som ligger under.för att studera vikningsmekanismen och strukturen konstruerade en japansk forskargrupp en transparent konstgjord elytron från ultraviolett ljushärdat harts-ofta applicerat i nagelkonst—med hjälp av ett kiselintryck av en elytron som de tog bort från en Coccinella septempunctata spotted nyckelpiga och transplanterade den för att ersätta den saknade framvingen.

gruppen, ledd av biträdande Professor Kazuya Saito vid University of Tokyos Institute of Industrial Science, använde sedan höghastighetskameror för att observera hindwings vikning och utfällning av rörelser. Forskarna fann att nyckelpigorna skickligt använder elytronens kant och nedre yta, vars krökning passar den karakteristiska kurvformen hos bakvingarna, för att vika vingarna längs vecklinjer, tillsammans med abdominala lyftrörelser som resulterar i gnidning och dragning av bakvingarna i deras dorsala lagringsutrymme.

”jag var inte säker på om nyckelpigan kunde vika sina vingar med en konstgjord elytron gjord av nagelkonstharts”, säger Saito. ”Så jag blev förvånad när jag fick reda på att det kunde.”

dessutom använde forskarna mikroberäknad tomografi (CT)-skanning för att undersöka de tredimensionella (3D) formerna av vikta och utfällda vingar och böjpunkter i det styva området av bakvingarna för att förstå vingtransformationsmekanismen som ger upphov till styvhet och styrka som är nödvändig för flygning och elasticitet som underlättar vikning. De avslöjade att en krökt form i venerna, ungefär som bandfjädern—apparaten som används för mätning även känd som snickartejp—hjälper till att stödja vingarna. Liknande bandfjäderliknande strukturer-starka och fasta när de förlängs, men som kan böjas godtyckligt och lagras i kompakt form—används ofta i förlängningsbommar och gångjärn av rymdinstallerbara strukturer som satellitantenner.

”nyckelpigans teknik för att uppnå komplex vikning är ganska fascinerande och ny, särskilt för forskare inom robotik, mekanik, flyg-och maskinteknik”, säger Saito.att förstå hur nyckelpigor kan uppnå de motstridiga kraven för att befästa sina bakvingar med styrka och stabilitet för flygning, samtidigt som de gör dem smidiga för vikning och kompakt lagring efter landning har betydande konsekvenser för ingenjörsvetenskap.