Các nhà khoa học đã khám phá ra bí mật về đôi cánh gấp của bọ rùa

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Các nhà khoa học từ Đại học Tokyo đã có thể khám phá ra bí mật về đôi cánh sau gấp khúc của bọ rùa, họ phát hiện ra rằng không chỉ "bộ truyền động thủy lực" đã được nghiên cứu kỹ lưỡng với một mạng lưới các mạch tàu, mà còn cả elytra với phần bụng, trực tiếp tham gia vào quá trình này.

Công trình của các nhà nghiên cứu được xuất bản trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia và được tóm tắt tại Phys.org.

Bọ rùa khi đi bằng chân có thể gấp đôi cánh lại dưới tấm elytra cứng để bảo vệ chúng khỏi bị hư hại. Nếu cần thiết phải cất cánh, các cánh có màng phía sau sẽ mở ra trong thời gian trung bình 0,1 giây. Cơ chế này được hiểu rõ, bởi vì bọ rùa nâng cao elytra trước khi sải cánh.

Các cánh sau có màng của bọ cánh cứng dưới elytra được gấp lại như origami và bị xuyên qua bởi một mạng lưới các mạch chứa đầy chất lỏng. Trước khi cất cánh, bọ rùa nâng elytra lên và làm căng các cơ của đoạn ngực thứ ba, làm tăng áp suất chất lỏng trong các mạch của cánh bay. Kết quả là, độ đàn hồi của các mạch tăng lên và cánh mở rộng.

Các nhà khoa học vẫn chưa thể nhìn thấy chi tiết quá trình gấp lại cánh. Thực tế là sau khi hạ cánh, con bọ rùa gấp elytra lại và chỉ sau đó bắt đầu thu lại đôi cánh sau, tích cực tự giúp mình bằng bụng. Trung bình, bọ cánh cứng mất khoảng hai giây để gấp đôi cánh bay của mình.

Để nghiên cứu khả năng gấp của cánh, các nhà khoa học đã sử dụng bọ rùa bảy đốm (Coccinella septempunctata). Cô ấy đã bị cắt bỏ một phần elytra cứng nhắc bên phải của mình. Khu vực bị xóa sau đó được sử dụng như một công cụ để tạo ra một bản sao của nhựa acrylic trong suốt có thể chữa được bằng tia cực tím. Sau đó, một bản sao acrylic của elytra được dán lên phần còn lại của elytra bọ rùa.

Các nhà nghiên cứu đã tiến hành một cuộc khảo sát nhanh về loài bọ này, đồng thời cũng nghiên cứu một phần từ xa của elytra dưới kính hiển vi. Hóa ra là mặt trong của elytron có một hình chạm nổi tương ứng với hoa văn của những chiếc cánh đang bay. Ngoài ra, ở mặt trong của elytron còn có một loại "Velcro" - những khu vực được bao phủ bởi những sợi lông nhỏ nhất giữ phần cánh gấp lại.

"Velcro" tương tự nằm ở phía trên của bụng. Hóa ra sau khi hạ cánh, con bọ rùa gấp elytra lại, sau đó bắt đầu siết chặt và duỗi thẳng bụng. Lúc này, áp suất trong bình giảm dần. Ở lần thắt bụng đầu tiên, các mạch này nằm gọn trong các chỗ lõm tương ứng ở mặt trong của elytron.

Sau khi thư giãn bụng, nó trượt dọc theo mặt dưới của cánh sau. Sau đó, con bọ rùa lại căng phần bụng, thắt lại, nhặt cánh và nhét chúng dưới elytra. Trong trường hợp này, các màng trong suốt giữa các mạch hoạt động như các thanh dẫn khi gấp cánh.

Các nhà khoa học lưu ý, không giống như origami, cánh của bọ rùa không gấp theo góc nhọn mà cuộn tròn. Do đó, độ bền cơ học của chúng có khả năng được bảo toàn. Ngoài ra, xoắn giúp tránh được sự gấp khúc của các mạch và sự chồng chéo của chúng do biến dạng.

Vì vậy, bằng cách co thắt và thả lỏng bụng, bọ rùa có thể gấp hoàn toàn cánh sau dưới elytra. Các nhà nghiên cứu tin rằng các cánh đàn hồi gấp lại bắt đầu hoạt động như một loại lò xo nén. Khi elytra được nâng lên, phần bên trong của chúng không còn bám vào các cánh sau và chúng, giống như một chiếc lò xo, bắt đầu duỗi thẳng ra. Quá trình lan truyền sau đó được thu nhận bằng "thủy lực".

Các nhà khoa học Nhật Bản tin rằng việc nghiên cứu cơ chế mở và gấp cánh của bọ rùa và một số loài bọ khác sẽ tìm ra giải pháp kỹ thuật tốt nhất để tạo ra cơ chế gấp cho các thiết bị khác nhau, từ tấm pin mặt trời, ăng-ten vệ tinh đến cánh của máy bay boong.

Hiện tại, không có cơ chế nào để gấp và mở cánh tương tự như ở bọ cánh cứng. Các cơ cấu được sử dụng trên boong tàu bay là một bộ truyền động và khóa thủy lực. Cánh của máy bay hoạt động trên tàu sân bay ở một khoảng cách nào đó so với gốc của nó có một nếp gấp vòng bản lề.

Máy bơm đặc biệt, bơm tăng áp suất trong hệ thống thủy lực, buộc truyền động của cơ cấu mở hoặc gấp cánh. Ở những vị trí cực hạn, cánh được cố định. Cánh có thể gập lại được sử dụng trên máy bay có boong để tiết kiệm không gian để chúng có thể được đặt gọn gàng hơn trong nhà chứa máy bay hoặc bãi đậu trên boong.

Vào đầu tháng 2 năm nay, các nhà nghiên cứu từ NASA và Đại học Brigham Young đã trình bày một thiết kế tản nhiệt có thể gập lại để làm mát các vệ tinh trái đất nhân tạo nhỏ. Bộ tản nhiệt này có thể gấp và mở ra giống như origami. Thiết bị sẽ kiểm soát mức độ truyền nhiệt bằng cách điều chỉnh độ sâu của các nếp gấp: càng lên cao, thiết bị sẽ hấp thụ nhiệt càng nhiều.