Schnellkäfer haben die Fähigkeit, sich mehr als das 20-fache ihrer eigenen Körpergröße in die Luft zu bewegen, ohne ihre Beine zu benutzen.
Eine Gruppe von Forschern der University of Illinois Urbana veröffentlichte a Papier zu den physikalischen Mechanismen, die das Signatur-Klick-Manöver der Käfer in einer Studie ermöglichen, die potenzielle Anwendungen für Maschinen bietet, die nach den Prinzipien von gebaut wurden Biomimikry .
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Untersuchung der immensen Sprungkraft von Schnellkäfern
Die neue Studie untersucht die Kräfte hinter der superschnellen Energiefreisetzung, die es Klickkäfern ermöglicht, in so große Höhen zu springen. Dabei enthält sie auch Richtlinien für die Untersuchung extremer Bewegungen, Energiespeicherung und Energiefreisetzung bei kleinen Insekten und Tieren.
Unglaublicherweise verwenden Schnellkäfer ein einzigartiges scharnierartiges Werkzeug in ihrem Brustkorb direkt hinter dem Kopf, um in die Luft zu springen.
Um festzustellen, wie dieser Mechanismus funktioniert, verwendete das Team Hochgeschwindigkeitsröntgenstrahlen. Diese ermöglichten es ihnen, die äußere und innere Anatomie des Schnellkäfers zu beobachten und zu quantifizieren - einschließlich Muskeln, anderer weicher Strukturen und der Starrheit des Insekts. Exoskelett - bewegt sich während des Sprungvorgangs.
"Der Scharniermechanismus hat auf einer Seite einen Stift, der auf einer Lippe auf der anderen Seite des Scharniers eingerastet bleibt", Entomologie Professor Marianne Alleyne, die Teil des Forschungsteams war, erklärte in a Pressemitteilung .
"Wenn die Verriegelung gelöst wird, gibt es ein hörbares Klicken und eine schnelle Biegebewegung, die den Sprung des Käfers verursacht", fuhr sie fort.
Schneller als die Erdbeschleunigung
Die Forscher beobachteten im Vorfeld der Sprungbewegung große, aber relativ langsame Verformungen der Weichteilteile des Käfergelenks.
"Wenn der Zapfen im Scharnier über die Lippe rutscht, löst sich die Verformung des Weichgewebes extrem schnell und der Zapfen schwingt in der Kavität unter der Lippe hin und her, bevor er zum Stillstand kommt", Maschinenbau und Technik Professor Aimy Wissa, die ebenfalls Teil der Studie war, erklärte.
"Die schnelle Freigabe der Verformung und die wiederholten, jedoch abnehmenden Schwingungen zeigen zwei grundlegende technische Prinzipien, die als elastischer Rückstoß und Dämpfung bezeichnet werden", fuhr sie fort.
Wie die Forscher hervorheben, ist die Beschleunigung dieser Bewegung um das 300-fache höher als die der Erde. Gravitationsbeschleunigung - viel Energie kommt von einem winzigen Insekt.
"Überraschenderweise kann der Käfer dieses Klickmanöver wiederholen, ohne nennenswerte physische Schäden zu erleiden", so Mechanik und Technik. Professor Alison Dunn, ebenfalls im Forschungsteam.
"Das hat uns veranlasst, uns darauf zu konzentrieren, herauszufinden, was die Käfer zur Speicherung, Freisetzung und Ableitung von Energie verwenden", fuhr sie fort.
Fremdbestäubung zwischen Ingenieurwissenschaften, Biologie
Als Hauptautor der Studie Ophelia Bolmin weist darauf hin, "dass wir entdeckt haben, dass das Insekt ein Phänomen namens Schnappknicken verwendet - ein Grundprinzip des Maschinenbaus -, um elastische Energie extrem schnell freizusetzen. Es ist das gleiche Prinzip, das Sie beim Springen von Popper-Spielzeugen finden."
Wissa sagt: "Wenn ein Ingenieur ein Gerät bauen wollte, das wie ein Schnellkäfer springt, würde er es wahrscheinlich genauso entwerfen wie die Natur. Diese Arbeit erwies sich als ein großartiges Beispiel dafür, wie Technik von der Natur lernen kann und wieDie Natur demonstriert physikalische und technische Prinzipien. "
Die Studie war Teil einer interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Ingenieurwesen und Biologie was erneut betonte, wie viel die Ingenieurwelt von der Natur lernen kann.
"Diese Ergebnisse sind aus technischer Sicht faszinierend, und für Biologen bietet diese Arbeit eine neue Perspektive, wie und warum sich Schnellkäfer auf diese Weise entwickelt haben", sagte Alleyne. "Diese Art von Einsicht ist möglicherweise nie ans Licht gekommen, wennnicht für diese interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Ingenieurwesen und Biologie. Sie öffnet eine neue Tür für beide Bereiche. "
Die neue Forschung erweitert das wachsende Feld von Biomimikry was zu möglichen Fortschritten bei Exoskeletten führt bionische Augen und springende Roboter.