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在自然界,有很多动植物也会玩折叠,比如昆虫纲鞘翅目的甲虫,它们的翅膀大多数分为前翅和后翅,前翅为鞘翅,不能用来飞行,但比较坚硬,通常覆盖身体的一部分并保护后翅,后翅可以折叠收放在前翅下面。
鞘翅目甲虫数量众多,超过全动物界其他所有目的总和,除了在海洋和极地,任何环境都可以发现甲虫,比如我们熟悉的金龟子、天牛、瓢虫、隐翅虫等...还有屎壳郎。
隐翅虫收翅
正在展开后翅的屎壳郎
如果加以细分,你会发现,昆虫们的折叠收翅方式是分不同门派的,像下图中展示的那样,折叠率和复杂程度依次递增,顶级选手是来自昆虫纲革翅目的蠼螋(qúsōu,俗称“耳夹子虫”,Earwig):
马蜂-纵向折叠
蚂蚱-扇形折叠
隐翅虫-横向折叠
蠼螋-组合式折叠
昆虫折叠收翅的“四大门派”
蠼螋前翅(小,革质)与后翅(大,膜质)
蠼螋前翅为很小的革翅,后翅完全展开则非常大,折叠后要全部收放到前翅“小马甲”下,需要极大的折叠率。
蠼螋后翅完全展开
蠼螋展翅过程
蠼螋组合式折叠收翅的折叠顺序是扇形折叠→横向折叠→纵向折叠;研究表明,蠼螋进化出巧妙的锁能结构,使膜翼展开后能够自稳定,并保持足够的抗弯刚度,便于扑翼飞行。
蠼螋膜翼锁能结构
蠼螋组合式折叠收翅Abaqus模拟(ETH)
隐翅虫横向折叠收翅Abaqus模拟
像昆虫一样,人类对折叠的追求也是与生俱来的,这种对有限空间的依赖与不安似乎从蜷缩在子宫时就刻画在脑海,我们叠飞机小船,以折叠为乐,还设计出折叠桌椅、翻盖手机、甚至还要折叠屏幕。
如何最高效的利用有限的空间,在航天领域更为重要,例如,日本采用三浦折叠部署卫星的大型太阳能电池板,然后在太空中展开;NASA喷气推进实验室在折纸专家RobertLang的帮助下设计出高折叠率的太阳能电池阵列。
三浦折叠Abaqus模拟
高折叠率太阳能电池阵列(NASA/JPL)
卫星太阳能电池板折叠
卫星太阳能电池板展开
参考资料:
Wikipedia词条
ADronewithInsect-InspiredFoldingWings
Bioinspiredspringorigami
邓怡超
天若有情天亦老,我为USim续1秒
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