Los escarabajos de clic pueden impulsarse por sí mismos más de 20 longitudes de cuerpo en el aire, y lo hacen sin usar sus piernas. Si bien el movimiento del salto se ha estudiado en profundidad, los mecanismos físicos que permiten la maniobra de clic característica de los escarabajos no lo han hecho.Un nuevo estudio examina las fuerzas detrás de esta liberación de energía súper rápida y proporciona pautas para estudiar el movimiento extremo, el almacenamiento de energía y la liberación de energía en otros animales pequeños como las hormigas de mandíbula trampa y las gambas mantis.
El estudio multidisciplinario, dirigido por las profesoras de ingeniería y ciencias mecánicas de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, Aimy Wissa y Alison Dunn, la profesora de entomología Marianne Alleyne y la estudiante graduada de ciencias mecánicas e ingeniería y autora principal, Ophelia Bolmin, se publica en el Actas de esa Academia Nacional de Ciencias .
Muchos insectos usan varios mecanismos para superar las limitaciones de sus músculos. Sin embargo, a diferencia de otros insectos, los escarabajos clic usan una herramienta única en forma de bisagra en el tórax, justo detrás de la cabeza, para saltar.
Para determinar cómo funciona la bisagra, el equipo utilizó rayos X de alta velocidad para observar y cuantificar cómo se mueven las partes del cuerpo de un escarabajo antes, durante y después de la liberación de energía ultrarrápida.
"El mecanismo de la bisagra tiene una clavija en un lado que permanece pegada a un borde en el otro lado de la bisagra", dijo Alleyne. "Cuando se suelta el pestillo, se oye un clic audible y un movimiento rápido de flexión que causael salto del escarabajo ".
Ver este movimiento ultrarrápido con una cámara de luz visible ayuda a los investigadores a comprender lo que ocurre fuera del escarabajo. Aún así, no revela cómo la anatomía interna controla el flujo de energía entre el músculo, otras estructuras blandas y el exoesqueleto rígido.
Usando las grabaciones de video de rayos X y una herramienta analítica llamada identificación del sistema, el equipo identificó y modeló las fuerzas y fases del movimiento de clic.
Los investigadores observaron deformaciones grandes, aunque relativamente lentas, en la parte de tejido blando de la bisagra de los escarabajos en el período previo al movimiento de flexión rápido.
"Cuando la clavija de la bisagra se desliza sobre el labio, la deformación en el tejido blando se libera extremadamente rápido y la clavija oscila hacia adelante y hacia atrás en la cavidad debajo del labio antes de detenerse", dijo Wissa.la liberación rápida de la deformación y las oscilaciones repetidas, aunque decrecientes, muestran dos principios básicos de ingeniería llamados retroceso elástico y amortiguación ".
La aceleración de este movimiento es más de 300 veces la aceleración gravitacional de la Tierra. Esa es una gran cantidad de energía proveniente de un organismo tan pequeño, dijeron los investigadores.
"Sorprendentemente, el escarabajo puede repetir esta maniobra de clic sin sufrir ningún daño físico significativo", dijo Dunn. "Eso nos empujó a concentrarnos en averiguar qué usan los escarabajos para el almacenamiento, liberación y disipación de energía".
"Descubrimos que el insecto usa un fenómeno llamado pandeo rápido - un principio básico de la ingeniería mecánica - para liberar energía elástica extremadamente rápido", dijo Bolmin. "Es el mismo principio que se encuentra en los juguetes saltarines."
"Nos sorprendió descubrir que los escarabajos utilizan estos principios básicos de ingeniería. Si un ingeniero quisiera construir un dispositivo que salte como un escarabajo de clic, probablemente lo diseñarían de la misma manera que lo hizo la naturaleza", dijo Wissa. "Este trabajoresultó ser un gran ejemplo de cómo la ingeniería puede aprender de la naturaleza y cómo la naturaleza demuestra los principios de la física y la ingeniería ".
"Estos resultados son fascinantes desde una perspectiva de ingeniería, y para los biólogos, este trabajo nos brinda una nueva perspectiva sobre cómo y por qué los escarabajos clic evolucionaron de esta manera", dijo Alleyne.no por esta colaboración interdisciplinar entre la ingeniería y la biología. Abre una nueva puerta para ambos campos ".
John Socha de Virginia Tech y Kamel Fezzaa de Advanced Photon Source en Argonne National Laboratory ayudaron a recopilar los videos de rayos X de alta velocidad que permitieron los descubrimientos en este documento.
El Departamento de Energía de EE. UU. Apoyó el estudio.
Wissa también está afiliada a la ingeniería aeroespacial y al Carle Illinois College of Medicine. Dunn también está afiliada al Carle Illinois College of Medicine y a RAILtec. Alleyne también está afiliada a la ciencia e ingeniería mecánica y al Beckman Institute for Advanced Science and Technology enIllinois.
Vea un video que describe esta investigación : http://www.youtube.com/watch?v=1lmsWcvW7fM&feature=youtu.be
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Oficina de noticias . Original escrito por Lois Yoksoulian. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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