在当然界中，动物操纵纷纷复杂的生计政策合乎生计环境，好多动物皆具备灵验缩小冲击伤害的很是结构，如山羊角、啄木鸟头骨等。关于一只小小的七星瓢虫也不例外，在遭遇要挟时，它们不绝会装死，并主动从树叶上滚落脱逃。而这一“跳楼”逃生的政策，对它们来说竟能作念到毫发无损，它们不怕摔的诀要究竟是什么呢？

🔺“跳楼”逃生的瓢虫（图片开头：[4]）

小小鞘翅，是自然减震器

率先，瓢虫不怕摔的诀要之一在于它们背部的鞘翅——即是那层有着漂亮黑点的半圆形保护壳。2024年，来自中国地质大学的接头团队通过高速录像和表面建模分析了瓢虫开零散体的着陆经由，发现它们更倾向于用背部鞘翅前缘先触地，通过壳体障碍和滑动拉长减慢距离，从而缩小峰值冲击力，保护柔滑腹部和后翅。

🔺用于不雅察瓢虫开零散体情景的实验安设（图片开头：[1]）

更精巧的是，瓢虫并不是胜利砸在地上。接头发现，它们不才落经由中会自愿调遣姿态，让鞘翅外缘——也即是壳体最外圈的边，以较大的倾角先碰到大地。这么一来，大地对壳边的支合手力作用在要点以外，就会产生一个让躯壳飞快翻腾的力矩，把底本单一倡导的下降能量，分红平移和旋转两部分，有点像把一脚急刹车，变成趁势打个滚，于是每刹那间承受的冲击就小了好多。

🔺对甲虫着陆前后的通顺学分析。（A）甲虫永诀击中内圈、中圈和外圈的概率；（B）甲虫距大地的高度；（C-D）甲虫的平动速率和角速率（图片开头：[1]）

高速录像和运筹帷幄终局浮现，当瓢虫以这种壳边先着地的模样落地时，九游不仅这种姿态出现的概率接近六成，何况反弹高度、反弹速率和受到的冲击量皆昭彰低于肚皮朝下直撞的情况。更妙的是，要是把着场合放大到微不雅法度，你会看到鞘翅前缘并非实心，而是里面掏空成拱形薄壳，空腔体积节略占到举座的六分之一：这种恰到克己的中空结构，既能在短暂发生弹性形变、像海绵同样多继承一部分剩余冲击能量，又不会让壳体自身被压得过度受损。

瓢虫的鞘翅联接竟是榫卯结构！

瓢虫不怕摔的诀要还在于，其背上两片鞘翅靠的是一组小巧联接结构咬合在一齐，很像木结构里的榫卯。昔时全球认为这仅仅为了飘动时固定壳体用的。2021年，中山大学的吴志刚解说团队在《Bioinspiration & Biomimetics》发表接头，开云体育有益检会了这一联接在跌落中的力学作用。他们让七星瓢虫从不同高度开零散体，用高速录像纪录着陆的经由，再用袖珍CT重建鞘翅几何，并通过有限元模拟相比“锁死”和“解锁”两种情景。终局浮现：当冲击饱和大时，两片鞘翅会在短暂“解锁”分开，这一手脚能让能量继承擢升约30%，同期显赫缩小峰值冲击力和反弹速率。

🔺瓢虫的附近两片鞘翅中间由访佛榫卯的结构联络（图片开头：[2]）

此外，该团队还用3D打印放大这一可解锁的榫卯结构，并将其装在四旋翼飘动器保护框上作念碰撞稽察。带仿生联接的机体在撞击墙面时，会阅历“解锁—大变形—回弹”的经由，起到被迫缓冲作用，即使戒指系统来不足响应，也能自动继承一部分冲击能量。从力学角度看，这是典型的“可控不断”：泛泛责任时锁死，保证刚度；遭遇顶点载荷时自动失效，变成柔性多段结构，用更大形变换取更高的吸能恶果。

瓢虫照旧彻头彻尾的折翅妙手

瓢虫的仿生价值不单在其背壳。飘动时，它会打开鞘翅，伸开一双薄而长的后翅；降逾期，这对浩大于躯壳的薄翼能飞快折叠回壳内。要在“折得结子”和“伸开后刚度饱和”之间获得均衡，这是典型的结构力学繁重。

🔺瓢虫打开鞘翅，伸开一双薄而长的后翅（图片开头：[4]）

2017 年，东京大学 Saito 接头团队在《PNAS》发表论文，他们给活体七星瓢虫作念了一次“透明整形手术”：用紫外固化树脂复制出一派透明鞘翅替换原有鞘翅，再结合高速录像和袖珍CT，齐全纪录后翅折叠与伸开的三维经由。终局浮现，瓢虫后翅上的静脉和折线组成一套访佛折纸的几何聚集：部分区域通过屈曲造成强健折痕，换取折叠旅途；另一些静脉在伸开后通过弹性复兴锁定方法，使翅面在受力时保合手刚度。

🔺瓢虫后翅上的静脉和折线组成一套访佛折纸的几何聚集（图片开头：[3]）

基于这些终局，接头东说念主员制作放大版仿生折纸翼，讲明唯有合理策动折线和材料漫衍，就能在无需复杂机构的情况下已矣自动折叠、自动锁定的可伸开构件。这类仿生想路依然被引入折叠太阳能板、空间伸开天线和可变形机翼等的策动。

由此看来，从不怕摔的鞘翅，到会“玩折纸”的翅膀，瓢虫身上处处皆是工程学的矿藏。科学家们通过拍摄、显微成像、CT扫描和3D打印，将这些几毫米法度上的袖珍策动，极少点飘摇成试验寰宇里可用的减震底盘、折叠构件等。原来每一只不起眼的瓢虫，皆是一位身怀绝技的“折纸策动师”和“减震工程师”！

参考文件

[2]Zhang J， Yuan Q， Jiang Y， et al. Elytra coupling of the ladybird Coccinella septempunctata functions as an energy absorber in intentional falls[J]. Bioinspiration & biomimetics， 2021， 16(5): 056018.

[4]https://mp.weixin.qq.com/s/VRHnJ1enQ5enaHCpdo3QGw

图片源自于聚集，仅供科普参考

开头：力学科普

裁剪：聚集科普部 嘉铭

审核：聚集科普部 艺雯

• 何如
• 跳楼
• 开云
• 生的
• 瓢虫