ハサミムシの翼は折り畳まれたコンパクトなデザインを刺激します 自分自身

「Earwigの翼は、折りたたむコンパクトなデザインを刺激します」拡大する ヤコブフェイバー、ETHチューリッヒ

私はほとんどの人に魅了された人としても 昆虫、ハサミムシは私を驚かせます。 見たらすぐに 押しつぶそうとして忙しすぎて、その詳細に気付かない 解剖学。 だから、それだけでなく、 彼らは翼を持っていますが、彼らの翼は世界記録保持者です 昆虫の翼の特定の側面:それらは最小のスペースを占有します 折りたたんだときの拡張サイズと比較して。 間の比率 これらの状態は18対1に達する可能性があります。

その事実を念頭に置いて、私はそれを見つけることにあまり驚きませんでした 研究者は、この生物学の一部を調べて、 彼らは進化が何をしたかから洞察を引き出すことができます ハサミムシ。 科学の今日の問題では、何があるかについてのレポートがあります 3人の研究者:ヤコブフェイバーとアンドレスタダート パデュー大学のETHチューリッヒとアンドレスアリエタ。 彼らはそれを見つけ、 ハサミムシの翼を模倣するために、折り紙スタイルの折り畳みアプローチは 行う。 代わりに、彼らは選択したものを設計し、3Dプリントしました わずかなエネルギー入力で、急速に変化する準安定設計 折り畳まれた状態と展開された状態を切り替えます。

ほとんどの材料科学者を含む多くの人々が考えるとき 折り畳み、彼らの最初の考えは折り紙です。 しかし、研究チー� ハサミムシの「絶妙な自然な折り畳みシステム」が動作することがわかりました 「現在の折り紙では十分に説明できない」 モデル。」問題の一部は材料科学の1つです。 ただ行うことができない翼の特定の折りたたみパターン 単一の素材に折り目を作成するか、直線を使用して 折り紙の。 さらに、翼は双安定で、自身を保持します 筋肉からの最小限の入力と折り畳みで飛行中に配置 筋肉のエネルギーはまったく消費されません。

これの秘密は、生物学がそれに限定されないことの一部です 直線または単一の材料。 実際には、上の関節 ハサミムシの翼には、レシリンと呼ばれるタンパク質が豊富に含まれています。 曲げられたエネルギーを保存および放出できる柔軟なポリマー そしてリラックス。

ハサミムシの翼。 JTHチューリッヒ博士、ヤコブフェイバー博士

折りたたみプロセスのアニメーション。 JTHチューリッヒ博士、ヤコブフェイバー博士

JTHチューリッヒ博士、ヤコブフェイバー博士

非常にコンパクトで完全に折り畳まれた形。 ヤコブ・フェイバー博士、ETH チューリッヒ

システムがどのように機能するかについてさらに調べるために、昆虫の翼は の動作をモデル化する有限要素解析の対象 システムの個々のコンポーネント、その後、より複雑に構築 これらの要素を組み合わせて方程式を作成します。 これはいくつかの基本的なことを明らかにしました 翼の挙動に関する原則。 一例を挙げると、 翼の2つのセグメント間のジョイントは、 ジャンクション全体、展開すると、シンプルで線形になります 拡張。 ジョイントが非対称の場合、ピースも ジョイントが展開すると、互いに対して回転します。

4D? 何?

論文全体を通して、研究者は彼らのプロセスを 「4D印刷。」 この言葉を聞いたのはこれが初めてではないので、 人々がそれを普及させようとする可能性があります。 彼らが失敗することを望みましょう、それは非常に紛らわしい用語だからです 良い定義を見つけるのは難しいです。

物理学では、最初の3つの次元は空間であり、4番目の次元は 時間です。 3D印刷には、拡張するオブジェクトの作成が含まれます 3つすべての空間次元にわたって。 しかし、時間を印刷できるもの おそらく次のように見える? 戻って新しいパーツを追加しますか 再版?

いや。 代わりに、4D印刷は次のことができるオブジェクトの印刷を指します 複数の形状を採用します。 印刷するフォームはフォームではない可能性があります オブジェクトがその存在の残りのために立ち往生していること。 以来 これは、フレキシブルで印刷されたすべてのものに当てはまります 材料、それは過度に広い定義のようです。 そして 印刷時間に関する混乱は、 この用語に出くわすのではなく、検索する必要があります 自明、それはおそらく誰もが今まで持っていたことを忘れることが最善です 使用されました。

有限要素の結果の簡略版 その後、分析は設計ツールにプログラムされ、 研究者たちは、 ハサミムシの翼:コンパクトな折りたたみと安定した折りたたみと展開 状態。 結果のデザインは、3Dプリンターに送信できます セグメントとジョイントに異なる材料を使用し、 任意のジョイントに対して任意の曲線を作成できます。 実際、 研究者は一般的に、 プリントヘッドは移動する必要があったため もっと少なく。

システムは非常にうまく機能しました。 4つのシンプルなパターン 正方形はハサミムシの翼の準安定性を示した。 とともに わずかなエネルギー入力で、オープンと わずか80ミリ秒で閉じた状態。 しかし、彼らも ハサミムシの複製のような、より複雑な構造の印刷 羽。 そして、彼らはいくつかの斬新なデザインも生み出しました。 開いた状態と閉じた状態を切り替えることができるはさみ オブジェクトを掴むことができる閉じた状態。 閉鎖プロセス全体 パネルの小さなコレクションによって制御されます はさみ会う; そこの変化は単に腕に伝わります。

著者は、これが彼らのデザインの強さを証明すると言う ソフトウェア。 「材料と幾何学的パラメータを設計することにより、 この細胞、彼らは書いている、「固有のエネルギー風景 グリッパー機構全体をプログラムできます。」明らかに、システムは 機械的なデバイスから 折りたたみ可能な翼。

この仕事が来ることに対する私の反応を変えることはまずありませんが 現実世界のハサミムシを越えて、それは私に新しい発見を与えます 進化を促した力への感謝。 それも持っています 3Dプリンティングをもう少し感謝しました。

Science、2018。DOI:10.1126 / science.aap7753(DOIについて)。

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