昆蟲翅膀的巧妙摺疊構造非常緊湊,同時也是可以瞬間收起或展開的「超極」展開結構,有望應用於各個工程領域。其中蠼螋的翅膀是所有昆蟲中摺疊起來最緊湊的,只有展開狀態的1/15左右,而且還擁有很多有趣的功能,比如維持展開時形狀的特殊彈性構造等。
蠼螋翅膀的展開狀態
日本九州大學研究生院藝術工學研究院的齊藤一哉講師與英國牛津大學自然曆史博物館的研究人員合作,發現蠼螋翅膀的複雜摺疊模式可以透過非常簡單的幾何學規則轉列。這項研究利用微型CT解析了摺疊狀態翅膀的三維形狀,此外還用到了日本傳統摺紙中的手法。
瞭解幾何學規則後,從人造人造衛星用光伏電池板等太空展開結構物、建築物,到傘及扇子等日用品,可以將蠼螋翅膀的優異摺疊特性應用於尺寸和形狀不同的各種產品中。研究團隊還在開發使設計程序實施自動化的軟體。另外,透過調查化石記錄發現,這種幾何學規則還適用於被認爲是二疊紀蠼螋近緣種的昆蟲的翅膀摺疊。
這個事實表明,此次明確的基於幾何學原理的摺疊是早在2.8億年前就得到使用的非常優異的方法,而且可以透過摺紙的幾何學原理解釋昆蟲翅膀的演化,是一項非常有趣的成果。
圖:蠼螋後翅的展開圖設計法概略(左上)。能以簡單的規則透過用紅線描畫的基本圖形設計折線。透過瞭解繪圖規則,可以根據目的定製各種形狀和尺寸的蠼螋翅膀,比如使扇子環繞開啟的傘狀圖案(右),以及無人航空載具用展開機翼(下)等。
論文資訊
題目: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
文:JST客觀日本編輯部