Раскрыт механизм складывания крыльев божьей коровки

Японские ученые выяснили, как божьи коровки складывают крылья, пересадив насекомому прозрательное искусственное надкрылье и наблюдая за процессом. Исследование объясняет, как крылья сохраняют прочность и жесткость в полете, но становятся эластичными для компактного складывания на земле. Это открытие может помочь в инновационном проектировании широкого спектра раскладных структур — от спутниковых антенн и микроскопических медицинских инструментов до зонтов и вееров.

Божьи коровки (Coccinella septempunctata) легко и быстро переключаются между ходьбой и полетом благодаря способности быстро раскрывать и складывать крылья. Их крылья состоят из жестких надкрылий (передних крыльев с пятнами) и мягких перепончатых задних крыльев для полета, которые защищены надкрыльями.

Ранее считалось, что важную роль в складывании играют движения брюшка вверх-вниз и сложные оригами-подобные линии сгиба на крыльях, но как простое движение приводит к такой сложной форме, оставалось загадкой. Наблюдение затруднено, так как божьи коровки закрывают надкрылья перед складыванием крыльев, а удалить надкрылья нельзя, поскольку они необходимы для самого процесса.

Чтобы изучить механизм, исследовательская группа под руководством доцента Кадзуи Сайто из Института промышленных наук Токийского университета создала прозрачное искусственное надкрылье из УФ-отверждаемой смолы (часто используемой в нейл-арте), используя силиконовый слепок настоящего надкрылья, и пересадила его насекомому.

Используя высокоскоростные камеры, ученые наблюдали за складыванием и раскрытием задних крыльев. Они обнаружили, что божьи коровки умело используют край и нижнюю поверхность надкрылья, чья кривизна соответствует характерной изогнутой форме жилок заднего крыла, чтобы складывать крылья вдоль линий сгиба. Этому помогают движения брюшка, которые приводят к трению и втягиванию задних крыльев в спинное хранилище.

Кроме того, с помощью микро-компьютерной томографии (КТ) исследователи изучили трехмерные формы сложенных и развернутых крыльев, а также точки изгиба в жесткой области задних крыльев. Они выяснили, что изогнутая форма жилок, похожая на форму рулетки (измерительной ленты), помогает поддерживать крылья. Подобные «рулеточные» структуры — прочные и жесткие в развернутом состоянии, но способные произвольно сгибаться для компактного хранения — широко используются в раскладных конструкциях, например, в антеннах спутников.

Понимание того, как божьи коровки совмещают в крыльях прочность и стабильность для полета с гибкостью для компактного складывания, имеет большое значение для инженерных наук, робототехники, механики и аэрокосмического машиностроения.