客观日本

从蠼螋翅膀的展开图到人造卫星用光伏电池板,实现各种创新的展开结构

2020年08月11日 生物医药

昆虫翅膀的巧妙折叠构造非常紧凑,同时也是可以瞬间收起或展开的“超极”展开结构,有望应用于各个工程领域。其中蠼螋的翅膀是所有昆虫中折叠起来最紧凑的,只有展开状态的1/15左右,而且还拥有很多有趣的功能,比如维持展开时形状的特殊弹性构造等。

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蠼螋翅膀的展开状态

日本九州大学研究生院艺术工学研究院的齐藤一哉讲师与英国牛津大学自然历史博物馆的研究人员合作,发现蠼螋翅膀的复杂折叠模式可以通过非常简单的几何学规则绘制。这项研究利用微型CT解析了折叠状态翅膀的三维形状,此外还用到了日本传统折纸中的手法。

了解几何学规则后,从人造卫星用光伏电池板等太空展开结构物、建筑物,到伞及扇子等日用品,可以将蠼螋翅膀的优异折叠特性应用于尺寸和形状不同的各种产品中。研究团队还在开发使设计过程实现自动化的软件。另外,通过调查化石记录发现,这种几何学规则还适用于被认为是二叠纪蠼螋近缘种的昆虫的翅膀折叠。

这个事实表明,此次明确的基于几何学原理的折叠是早在2.8亿年前就得到使用的非常优异的方法,而且可以通过折纸的几何学原理解释昆虫翅膀的进化,是一项非常有趣的成果。

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图:蠼螋后翅的展开图设计法概略(左上)。能以简单的规则通过用红线描画的基本图形设计折线。通过了解绘图规则,可以根据目的定制各种形状和尺寸的蠼螋翅膀,比如使扇子环绕打开的伞状图案(右),以及无人机用展开机翼(下)等。

视频:youtu.be/kwSPGCZtTjQ

论文信息
题目:Earwig fan designing: biomimetic and evolutionary biology applications
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
DOI:10.1073/pnas.2005769117

日语发布原文

文:JST客观日本编辑部