Earwigs假发把折纸的东西极端地折叠它们的翅膀
为了快速展开和重新折叠翅膀,earwigs展开了折纸的规则。
是的,那些从翻倒的花盆下窜出来的花园害虫也会飞。由于蠼螋大部分时间都呆在地下,很少飞到空中,所以它们将翅膀包裹在包裹中,其表面积比展开时要小10倍以上。研究人员3月23日在《科学》杂志上发表的报告称,翅膀的弹性关节可以让昆虫避开一些数学限制,这些限制通常会限制坚硬的二维材料折叠的方式。
印第安纳州普渡大学(Purdue University)的机械工程师安德烈斯·阿瑞塔(Andres Arrieta)是这项研究的共同作者。
折纸理论假设被折叠的材料是完全刚性的。但是,在形成折痕的地方,蠼螋翅膀的连接处富含一种叫做“抵抗素”的橡胶聚合物。这一点伸展让耳朵假发翅膀做常规折纸结构不能做的:锁定两种不同的构象,打开或折叠,以及两者之间的过渡。
这是双稳态结构的一个例子——类似于上世纪80年代和90年代流行的“拍打手链”(slap bracelet),它在受到腕部撞击时,会从扁平的构象切换到弯曲的构象,苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)材料科学家、研究论文的合著者安德烈•斯图达特(Andre Studart)说。当被锁住时,耳假发的翅膀将能量储存在弹性的可调节关节中。当这种张力被释放后,翅膀就会迅速弯曲回到折叠的位置。
这样的结构可以为机器人的设计提供信息。在翅膀的启发下,研究人员创造了一个原型夹持器。它的刚性部件由弹性的、精心布置的关节连接在一起。在不到一秒钟的时间里,这个结构就能从它大部分平坦的构象中断裂出来,变成一个能抓住一个小物体并在不受外力的情况下保持住它的结构。
哈佛大学(Harvard University)物理学家杰西•西尔弗伯格(Jesse Silverberg)说,虽然其他材料科学家通过使平片可弯曲来突破折纸的极限,但这种设计反而会拉伸铰链。西尔弗伯格没有参与这项研究。这样的设计已经被观察和讨论过,但从未以这种方式实现过。
康奈尔大学的物理学家Itai Cohen说,earwig“是一个美丽的例子,说明了大自然是如何利用理想的数学折纸来做一些令人惊奇的事情。”
也许这对饱受诟病的昆虫来说是一种小小的救赎。
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