地蜈蚣翅膀结构奥秘被参透，或助人类遨游太空

▲蠼螋的翅膀是一件浑然天成的精巧折纸艺术作品。

蠼螋，俗称地蜈蚣、夹板子和剪刀虫，是一种盛产于热带和亚热带的杂食性昆虫，其头部扁而宽，复眼较小无单眼，然而，最神奇的是它拥有比任何人造结构都要精致巧妙得多的翅膀结构。当它伸展翅膀时，其翅膀面积会比收拢时扩展十倍之多。这是地球上动物王国中最高的身体折叠比率之一。一方面，巨大的翅膀面积让该昆虫能够飞翔，另一方面，紧凑的翅膀收缩方式使它能够在不损坏翅膀的情况下在地下挖掘隧道。蠼螋翅膀的另一个独特之处是，当其翅膀展开并处于锁定状态时，翅膀能够硬朗有力，而无需肌肉的力量来提供稳定性；而这时，只要轻轻地触碰一下，翅膀就会完全折叠起来，也无需肌肉来驱动。

据《科学》杂志3月23日刊发的一篇研究论文称，瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）和美国普渡大学的研究人员通过研究隐藏在蠼螋翅膀结构及其促动机制中的奥秘，已经设计出了基于同种原理的多功能人造折叠结构，并将其制作成4-D打印模型。在未来，它的用途可能会十分广泛，其中最重要的应用领域是辅助人类进行太空旅行。

为了分析蠼螋翅膀的结构和功能，该研究论文的主要作者雅各布·费伯（Jakob Faber）及其团队在瑞士苏黎世联邦理工学院的复杂材料学教授安德烈·斯图亚特（Andre Studart）带领下，与美国普渡大学的安德烈斯·阿丽塔（Andres Arrieta）教授合作，对翅膀的功能进行了计算机模拟运算。实验结果表明，如果翅膀遵循的是经典的折纸原理——使用刚性笔直的折叠板块，并让它们折叠交叉点的角和保持在360度，那么蠼螋只能将翅膀折叠到其全部尺寸的三分之一。因此，该昆虫翅膀生理设计的关键点在于它的弹性褶皱，可以同时作为伸展弹簧和旋转弹簧。

研究人员将计算机模拟结果应用到一台3-D多材料打印机上，由此他们直接制造出了一个4-D的物体——四块硬塑料板由一个软弹性关节连接在一起。他们通过编程让这些连接板块的材质具有了弹簧性能，从而使它们能够同时进行伸展或旋转运动，模仿蠼螋翅膀的生物模型。

虽然费伯研制自折叠的折纸元件目前仅有3-D打印原型，但是在未来它的用途可能会十分广泛。最重要的应用领域是辅助人类进行太空旅行——用于卫星或太空探测器的太阳帆，让它们可以在占很小空间的情况下进行运输，然后在使用的地点再展开它们的全部尺寸。此外，可以自动锁顶的生物折叠结构可以节省空间、重量和能量，因为它们不需要任何促动器或者额外的稳定器。该结构潜在的用途还包括可以用来设计制造折叠帐篷、地图、包裹插入物或者可折叠的电子产品等。

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编译：朱明逸  审稿：三水  编辑：程建兰

来源：https://phys.org/news/2018-03-earwigs-art-origami.html