Поиск по журналу
22 10 2020
  • :
  • :

поделитесь с друзьями

Дизайн вентиляторов, вдохновленных насекомыми, предлагает широкий спектр применения

Очень сложный механизм складывания, используемый группой насекомых в течение по крайней мере 280 миллионов лет, должен стать доступным для широкого спектра применений, благодаря методике проектирования, разработанной и проверенной в результате междисциплинарных исследований инженерами и палеобиологами.

Согласно статье, опубликованной в «Известиях Национальной академии наук» (издание находится в США), исследователи воссоздали сложные, очень компактные механизмы складывания, найденные в крыльях ушных раковин, с использованием геометрического метода, вдохновленного оригами, который имеет потенциальное применение в различных областях техники.

Задние крылья ушных раковин автоматически складываются под маленькими кожистыми передними крыльями, когда животное не находится в полете, используя специальный рисунок складывания, который уменьшает площадь поверхности в 10-15 раз или более в зависимости от вида. Это самая компактная складка крыльев, обнаруженная у насекомых, которая обеспечивает непревзойденную подвижность в ухе у летающих насекомых. С защищенными крыльями и полностью гибкими брюшками, ушные вкладыши могут извиваться в почву и другие узкие пространства, а также использовать свои характерные задние клещи.

Несмотря на выдающийся потенциал для конструирования строения крылышка ушной раковины и его уникальных свойств, метод проектирования их сложных схем складывания не был решен, что затрудняло практическое применение.

«Метод конструирования нашего вентилятора, вдохновленного ушами, основан на плоской складываемости в модели оригами, математической теореме, которая объясняет, как можно сложить шаблоны складок для образования плоской фигуры», — объясняет ведущий автор доктор Казуя Сайто, инженер из Факультета дизайна Университета Кюсю, который специализируется на биоинспиральных развертываемых конструкциях. — «Наш вентилятор для ушных вкладышей может быть сконструирован с использованием классических методов рисования, но мы также разработали и выпустили программное обеспечение, которое может автоматизировать процесс в зависимости от требований приложения», — добавляет он.

Геометрические требования к новому методу проектирования были получены с помощью томографических изображений в сложенных задних крыльях ушной раковины.

Исследователи прогнозируют, что их вентилятор, вдохновленный ушными раковинами, увидит множество применений для складных конструкций различных размеров и материалов в очень компактные формы, которые можно эффективно транспортировать и развертывать. Они могут включать предметы повседневного пользования, такие как вентиляторы или зонтики, а также множество конструкций для использования в архитектуре, машиностроении и аэрокосмической промышленности, такие как крылья дронов, отражатели антенн или энергопоглощающие панели.

С другой стороны, исследование дает новое понимание эволюционной биологии, поскольку новый метод проектирования также может воссоздать механизм складывания крыльев у родственников ушных раковин, возраст которых 280 миллионов лет.

«На крыльях современных ушных вкладышей наблюдаются небольшие различия между их примерно 2000 живыми видами, при этом форма и формы складок остаются удивительно стабильными в процессе эволюции благодаря их специализированной функции», — говорит доктор Рикардо Перес-де-ла-Фуэнте, палеобиолог-насекомовед из Музея Оксфордского университета естествознания и соавтор работы. — «Тем не менее, группа давно вымерших насекомых — protelytropterans — обладала веерообразными крыльями, похожими на крылья ушей, но достаточно отличающимися, чтобы проверить согласованность нового метода проектирования. Наша работа показывает, как палеонтология может представлять интерес для практического применения».

Новый метод определяет геометрические ограничения для того, чтобы веерообразные крылья как ушных раковин, так и их глубоких родственников-протлитроптеранов оставались функциональными. Это позволило исследователям спроектировать вымершие, гипотетические промежуточные формы между двумя группами, пролив свет на возможные эволюционные пути, которые могли бы привести к изощренным крыльям современных ушных раковин.

Это исследование представляет собой междисциплинарную работу инженеров и биологов-эволюционистов из Японии и Великобритании. Образцы из Музея естественной истории Оксфордского университета и Музея сравнительной зоологии Гарвардского университета предоставили данные для построения и тестирования геометрического метода, подчеркнув значение, которое имеют коллекции естествознания, в том числе для самых современных приложений.

«Природа постоянно была источником вдохновения», — говорит профессор Чжун Ю из факультета инженерных наук Оксфордского университета и соавтор работы. — «Технологии Bioinspired продолжают предлагать некоторые из наиболее эффективных и устойчивых способов решения многих задач будущего», — добавляет он.

Источник: my-light.ru




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *