Lưỡi Có Thể Kéo Dài của Ong Mật Là Một Cơ Cấu Đàn Hồi

Journal of Bionic Engineering - 2017
Yunqiang Yang1, Jianing Wu2, Rengao Zhu1,2, Chuchu Li1, Shaoze Yan2
1School of Engineering and Technology, China University of Geosciences (Beijing), Beijing, China
2Division of Intelligent and Biomechanical Systems, State Key Laboratory of Tribology, Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing, China

Tóm tắt

Nhiều cấu trúc sinh học có thể thực hiện các hành động rất linh hoạt bằng cách sử dụng bề mặt động. Để đáp ứng các yêu cầu trái ngược của hiệu quả cho ăn cao và tiêu tốn năng lượng thấp trong quá trình hút mật, bề mặt lưỡi của ong mật trải qua sự thay đổi hình dạng, trong đó các sợi lông lưỡi dựng đứng cùng với việc kéo dài các đoạn trong một chu kỳ uống. Trong bài báo này, chúng tôi đã trích xuất một liên kết truyền dẫn được nhúng trong lưỡi từ cuộc khám nghiệm tử thi và phát hiện rằng tính tuân thủ của các màng liên đoạn cung cấp nhiều khả năng hơn cho sự đồng bộ động học cao này. Dựa trên hiện tượng biến đổi hình dạng của lưỡi ong mật, chúng tôi đã đề xuất một mô hình cơ cấu đàn hồi để dự đoán hành vi biến dạng của ong mật, xem xét các tính chất đàn hồi của các màng liên đoạn lưỡi. Sự gia tăng độ cứng của màng có thể cải thiện khả năng truyền năng lượng tiềm tàng đàn hồi, nhưng vẫn sẽ dẫn đến sự gia tăng khối lượng. Một chỉ số được giới thiệu để đánh giá sự mâu thuẫn nhằm tối ưu hóa các tham số cấu trúc. Công việc này có thể mở ra những triển vọng mới cho thiết kế khái niệm các hệ thống cơ khí vi mô được trang bị các cơ cấu đàn hồi lấy cảm hứng từ sinh học.

Từ khóa

#ong mật #lưỡi kéo dài #cơ cấu đàn hồi #biến dạng #hệ thống cơ khí vi mô

Tài liệu tham khảo

Vincent J F V. Deployable structures in nature: Potential for biomimicking. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 2000, 214, 1–10.

Anderson C V. Off like a shot: Scaling of ballistic tongue projection reveals extremely high performance in small chameleons. Scientific Reports, 2016, 6, 18625.

Van Wassenbergh S, Strother J A, Flammang B E, Ferry-Graham L A, Aerts P. Extremely fast prey capture in pipefish is powered by elastic recoil. Journal of the Royal Society Interface, 2008, 5, 285–296.

Krenn H W, Plant J D, Szucsich N U. Mouthparts of flower-visiting insects. Arthropod Structure & Development, 2005, 34, 1–40.

Kim W, Bush J W M. Natural drinking strategies. Journal of Fluid Mechanics, 2012, 705, 7–25.

Lee S J, Kim B H, Lee J Y. Experimental study on the fluid mechanics of blood sucking in the proboscis of a female mosquito. Journal of Biomechanics, 2009, 42, 857–864.

Lehnert M S, Mulvane C P, Brothers A. Mouthpart separation does not impede butterfly feeding. Arthropod Structure & Development, 2014, 43, 97–102.

Kim W, Gilet T, Bush J W M. Optimal concentrations in nectar feeding. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011, 108, 16618–16621.

Paul J, Roces F. Fluid intake rates in ants correlate with their feeding habits. Journal of Insect Physiology, 2003, 49, 347–357.

Moulton D E, Lessinnes T, O’Keeffe S, Dorfmann L, Goriely A. The elastic secrets of the chameleon tongue. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical Physical & Engineering Sciences, 2016, 472, 20160030.

Rico-Guevara A, Fan T H, Rubega M A. Hummingbird tongues are elastic micropumps. Proceedings of the Royal Society B: Biological Science, 2015, 282, 20151014.

Harper C J, Swartz S M, Brainerd E L. Specialized bat tongue is a hemodynamic nectar mop. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2013, 110, 8852–8857.

Pernal S F, Currie R W. The influence of pollen quality on foraging behavior in honeybees (Apis mellifera L.). Behavioral Ecology and Sociobiology, 2001, 51, 53–68.

Wu J, Zhu R, Yan S, Yang Y. Erection pattern and section-wise wettability of honeybee glossal hairs in nectar feeding. Journal of Experimental Biology, 2015, 218, 664–667.

Zhao J, Wu J, Yan S. Erection mechanism of glossal hairs during honeybee feeding. Journal of Theoretical Biology, 2015, 386, 62–68.

Snodgrass R E. Anatomy of the Honey Bee, Cornell University Press, London, UK, 1984.

Zhu R, Lv H, Liu T, Yang Y, Wu J, Yan S. Feeding kinematics and nectar intake of the honey bee tongue. Journal of Insect Behavior, 2016, 29, 325–339.

Li C, Wu J, Yang Y, Zhu R, Shao Z. Drag reduction in the mouthpart of a honeybee facilitated by galea ridges for nectar-dipping strategy. Journal of Bionic Engineering, 2015, 12, 70–78.

Zhao C, Wu J, Yan S. Observations and temporal model of a honeybee’s hairy tongue in microfluid transport. Journal of Applied Physics, 2015, 118, 194701.

Roberts T J, Azizi E. Flexible mechanisms: the diverse roles of biological springs in vertebrate movement. Journal of Experimental Biology, 2011, 214, 353–361.

Chen Y, Wang X, Ren H, Yin H, Jia S. Hierarchical dragonfly wing: Microstructure-biomechanical behavior relations. Journal of Bionic Engineering, 2012, 9, 185–191.

Lichtwark G A, Bougoulias K, Wilson A M. Muscle fascicle and series elastic element length changes along the length of the human gastrocnemius during walking and running. Journal of Biomechanics, 2007, 40, 157–164.

Moulton D E, Lessinnes T, O’Keeffe S, Dorfmann L, Goriely A. The elastic secrets of the chameleon tongue. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical Physical & Engineering Sciences, 2016, 472, 20160030.

Dickinson M H, Lighton J R B. Muscle efficiency and elastic potential energy storage in the flight motor of Drosophila. Science, 1995, 268, 87–90.

Wager J C, Challis J H. Elastic energy within the human plantar aponeurosis contributes to arch shortening during the push-off phase of running. Journal of Biomechanics, 2016, 49, 704–709.

Gronenberg W. Fast actions in small animals: Springs and click mechanisms. Journal of Comparative Physiology A, 1996, 178, 727–734.

Higham T E, Irschick D J. Springs, steroids, and slingshots: The roles of enhancers and constraints in animal movement. Journal of Comparative Physiology B, 2013, 183, 583–595.

Jensen B D, Howell L L, Salmon L G. Design of two-link, in-plane, bistable compliant micro-mechanisms. Journal of Mechanical Design, 1999, 121, 416–423.

Vincent J F V, Wegst U G K. Design and mechanical properties of insect cuticle. Arthropod Structure & Development, 2004, 33, 187–199.

Wegst U G K, Ashby M F. The mechanical efficiency of natural materials. Philosophical Magazine, 2004, 84, 2167–2186.

Appel E, Heepe L, Lin C P, Gorb S N. Ultrastructure of dragonfly wing veins: Composite structure of fibrous material supplemented by resilin. Journal of Anatomy, 2015, 227, 561–582.

Lobontiu N. Compliant Mechanisms: Design of Flexure Hinges, CRC press, Boca Raton, USA, 2002.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Journal of Bionic Engineering

Thông tin tác giả