Уховертки нарушили правило оригами при складывании крыльев

Чтобы быстро развернуть и переделать свои крылья, уховертки изменяют правила оригами.

Да, эти вредители в саду, всеядные насекомые из отряда кожистокрылых, которые убегают из-под опрокинутых цветочных горшков, также могут летать. Поскольку уховертки проводят большую часть своего времени в подполье и только изредка выходят в воздух, они складывают свои крылья, получая площадь поверхности, более чем в 10 раз меньшей, чем при разворачивании, используя оригами-подобные серии сгибов.

Пружинные стыки крыльев позволяют насекомым обходить некоторые из математических ограничений, которые обычно ограничивают способ сгибания жесткого двумерного материала, сообщают исследователи в Science.

Такое сгибание крыльев должно быть невозможным в соответствии с математическими уравнениями, которые предсказывают трехмерные конструкции, которые могут быть сделаны путем складывания двумерного материала, такого как лист бумаги, — говорит соавтор исследования Андрес Арриета, инженер-механик Университета Пердью.

Теория Оригами предполагает, что сложенный материал совершенно жесткий. Но суставы крыльев уховерток — где образуются складки — богаты резиновым полимером, называемым «Resilin». Эта небольшая растяжка позволяет крыльям делать то, что не может создать обычная структура оригами: фиксироваться в двух разных конформациях, открытых или сложенных, и делать переход между ними.

Моделирование отражает то, как упругие суставы в крыле уховертки позволяют ему смяться таким образом, который не будет работать в соответствии с строгими математическими правилами складывания оригами. Исследователи использовали тот же подход для проектирования структуры, которая может блокироваться либо в основной плоской конфигурации, либо в виде изогнутой.

Это пример бистабильной структуры — когда крылья открыты, уховертки сохраняют энергию в упругих суставах. Когда напряжение высвобождается, крылья быстро сминаются обратно в сложенное положение.

В то время как ученые изменяли оригами, путем изготовления гибких составляющих, эта конструкция растягивает шарниры, говорит Джесси Сильверберг, физик из Гарвардского университета. Такая конструкция уже наблюдалась и обсуждалась, но никогда раньше не была реализована таким образом.

Уховертки «является прекрасным примером того, как природа использует небольшие расширения для идеального математического оригами, чтобы сделать что-то удивительное”, — говорит Итай Коэн, физик Корнельского университета.

Больше информации: J. A. Faber et al. Bioinspired spring origami. Science. Vol. 359, March 23, 2018, p. 1386. doi:10.1126/science.aap7753.