Wetenschappers hebben het geheim van de opvouwbare vleugels van het lieveheersbeestje ontdekt

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Wetenschappers van de Universiteit van Tokyo waren in staat om het geheim van de opvouwbare achtervleugels van lieveheersbeestjes bloot te leggen, nadat ze hadden ontdekt dat niet alleen de reeds goed bestudeerde "hydraulische aandrijving" met een gaas van vaten, maar ook de dekschilden met de buik, zijn direct bij dit proces betrokken.

Het werk van de onderzoekers is gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences en is samengevat op Phys.org.

Lieveheersbeestjes kunnen, wanneer ze op hun poten lopen, hun vleugels compact vouwen onder stijve dekschilden om ze tegen beschadiging te beschermen. Als het nodig is om op te stijgen, ontvouwen de achterste vleugels met zwemvliezen zich in gemiddeld 0,1 seconde. Dit mechanisme is goed begrepen, omdat lieveheersbeestjes de dekschilden optillen voordat ze hun vleugels spreiden.

De vliezige achtervleugels van kevers onder de dekschilden zijn gevouwen als origami en worden doorboord door een netwerk van vaten die zich vullen met vloeistof. Voor het opstijgen heft het lieveheersbeestje de dekschilden op en spant het de spieren van het derde thoracale segment, waardoor de vloeistofdruk in de vaten van de vliegende vleugels toeneemt. Als gevolg hiervan neemt de elasticiteit van de vaten toe en zet de vleugel uit.

Wetenschappers hebben het proces van het vouwen van de vleugel niet in detail kunnen zien. Het is een feit dat het lieveheersbeestje na de landing de dekschilden vouwt en pas daarna de achtervleugels begint in te trekken en zichzelf actief helpt met de buik. Kevers hebben gemiddeld ongeveer twee seconden nodig om hun vliegende vleugels op te vouwen.

Om het vouwen van de vleugels te bestuderen, gebruikten wetenschappers een zevenstippelig lieveheersbeestje (Coccinella septempunctata). Ze had een deel van haar rechter stijve elytra verwijderd. Het verwijderde gebied werd vervolgens gebruikt als hulpmiddel om een kopie te maken van heldere, UV-uithardbare acrylhars. Een acrylkopie van de dekschilden werd vervolgens op de rest van het lieveheersbeestje-elytra geplakt.

De onderzoekers deden een snelle verkenning van de kever en bestudeerden ook een afgelegen deel van de dekschilden onder een microscoop. Het bleek dat de binnenkant van het elytron een reliëf heeft dat overeenkomt met het patroon van de vaten van de vliegende vleugel. Bovendien is er aan de binnenkant van het elytron een soort "klittenband" - gebieden bedekt met de kleinste borstelharen die de gevouwen vleugel vasthouden.

Soortgelijke "klittenband" bevinden zich aan de bovenzijde van de buik. Het bleek dat het lieveheersbeestje na de landing de dekschilden vouwt en dan de buik begint aan te spannen en recht te trekken. Op dit moment neemt de druk in de vaten af. Bij de eerste aanspanning van de buik passen de vaten in de overeenkomstige uitsparingen aan de binnenzijde van het elytron.

Na ontspanning van de buik glijdt het langs de onderkant van de achtervleugels. Dan spant het lieveheersbeestje opnieuw de buik, die zich strakker maakt, de vleugels oppakt en onder de dekschilden stopt. In dit geval fungeren de transparante membranen tussen de vaten als geleiders bij het vouwen van de vleugel.

Zoals wetenschappers opmerken, vouwen de vleugels van een lieveheersbeestje, in tegenstelling tot origami zelf, niet in scherpe hoeken, maar krullen ze eerder. Hierdoor is het waarschijnlijk dat hun mechanische sterkte behouden blijft. Bovendien maakt het draaien het mogelijk om knikken van de vaten en hun overlap als gevolg van vervorming te voorkomen.

Dus door de buik samen te trekken en te ontspannen, bereikt het lieveheersbeestje het volledig vouwen van de achtervleugels onder de dekschilden. Onderzoekers geloven dat de gevouwen elastische vleugels beginnen te werken als een soort samengedrukte veren. Wanneer de dekschilden zijn opgeheven, houdt hun binnenste deel op zich aan de achtervleugels vast te klampen en beginnen ze, als een veer, recht te trekken. Het strooiproces wordt dan opgevangen door "hydraulica".

Japanse wetenschappers zijn van mening dat het bestuderen van de mechanismen voor het ontvouwen en vouwen van de vleugels van lieveheersbeestjes en sommige andere kevers de beste technische oplossingen zullen vinden voor het creëren van vouwmechanismen voor verschillende apparatuur, van zonnepanelen en satellietantennes tot de vleugels van dekvliegtuigen.

Momenteel zijn er geen mechanismen voor het vouwen en ontvouwen van de vleugel, vergelijkbaar met die bij kevers. De mechanismen die aan dekvliegtuigen worden gebruikt, zijn een reeks hydraulische aandrijvingen en sloten. De vleugel van een op een vliegdekschip gebaseerd vliegtuig op enige afstand van de wortel heeft een scharnier-lusvouw.

Speciale pompen, die de druk in het hydraulische systeem oppompen, dwingen de aandrijving van het mechanisme om de vleugel uit of in te klappen. In extreme posities is de vleugel gefixeerd. Een opvouwbare vleugel wordt gebruikt op uitgedekte vliegtuigen om ruimte te besparen, zodat ze compacter kunnen worden geplaatst in hangars of dekparkeren.

Begin februari van dit jaar presenteerden onderzoekers van NASA en Brigham Young University een opvouwbaar radiatorontwerp voor het koelen van kleine kunstmatige aardsatellieten. Deze radiator vouwt en ontvouwt zich als origami. Het apparaat regelt het niveau van warmteoverdracht door de diepte van de plooien aan te passen: hoe hoger het is, hoe meer warmte het apparaat zal absorberen.