昆虫界最小「ハサミムシ」の扇子の展開図設計法が明らかに!

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Credit:depositphotos
point
  • 15分の1のサイズに折り畳む「ハサミムシの羽の究極構造」が解明される
  • ハサミムシの羽は扇子を更に折り畳んだような構造で、シンプルな幾何学パターンから成り立つ
  • ハサミムシの展開構造は人工衛星用太陽電池パネルや傘、扇子などに応用可能

ハサミムシは一見、羽が生えているようには見えません。しかし、小さな体の中には展開時の15分の1ほどに折り畳まれた羽が収納されています。

その羽は昆虫界最小サイズにまで折り畳めますが、構造は非常に複雑で、これまでどのように折り畳んでいるのか判明していませんでした。

しかし九州大学大学院芸術工学研究院の斎藤一哉氏が、オックスフォード大学自然史博物館の研究者らと共に、ハサミムシの羽の構造を解明することに成功。

これにより、ハサミムシの羽の折り畳み構造を宇宙開発や日用品にまで応用できるようになりました。

「究極の展開構造」を持つハサミムシ

羽を持っているとは思えないほど、コンパクトに折りたたまれている/Credit:depositphotos

昆虫の羽は、巧妙な展開構造によって成り立っています。非常にコンパクトに折り畳めるだけでなく、瞬時に展開することが可能です。

また、羽を広げた状態でも形状を維持できる特殊なスプリング構造なども報告されており、生物学的にも工学的にも、科学者たちの関心を集めていました。

Credit:斎藤一哉

その中でもハサミムシの羽は昆虫界最小にまで折り畳むことが可能で、その構造は「究極の展開構造」と称されているほどです。

今回、斎藤氏らはマイクロCT(放射線などを利用した内部構造の画像処理)による3次元解析と日本の伝統文化である折り紙幾何学の応用によって、ハサミムシの羽の構造を解明することに成功しました。

扇子を更に半分にしたような折り畳み構造だった

解明された構造を元にした再現動画を見ると、基本的には扇子のような山折りと谷折りが交互になった構造であると分かります。

折り畳まれた扇子は、更に半分に折り畳まれています。

この折り畳み構造は、極めてシンプルな幾何学的ルールによって成り立っていることも分かりました。そのため、このルールを用いて折り畳み図形を作図することも可能です。

Credit:斎藤一哉

作図が可能になったので、折り紙によってハサミムシの羽を再現することもできます。加えて、ルールを応用した革新的な展開構造を開発できるかもしれません。

例えば、人工衛星用太陽電池パネルなどの宇宙展開構造や建造物、また傘や扇子などの日用品にまで応用できることでしょう。

(左上)赤線で描かれた基本図形からシンプルなルールで折り線を設計できる (右)傘に応用した例 (左下)ドローン用の展開翼に応用した例/Credit:斎藤一哉

現在、研究チームは設計プロセスを自動化するソフトウェアを開発しているとのこと。

さらに、この折り畳み・展開の原理は、およそ2億8000万年前のハサミムシの近縁種と考えられる昆虫の化石にも適用可能だとされており、太古の昆虫と現代の昆虫の関係性を深めるものとなりました。

この共通点は、ハサミムシの展開構造が長年採用され続けてきたことを示しており、非常に優れた構造であることの証明となっています。

今回、研究者たちによってハサミムシの展開構造が解明されました。今後、これらを活用したコンパクトで瞬時に展開する「究極の扇子」などが誕生するかもしれませんね。

この研究は7月13日、「PNAS」に掲載されました。

Earwig fan designing: Biomimetic and evolutionary biology applications
https://www.pnas.org/content/early/2020/07/09/2005769117

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reference: 九州大学 / written by ナゾロジー編集部
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