Birds, bats and many insects can tuck their wings against their bodies at rest and deploy them to power flight. Whereas birds and bats use well-developed pectoral and wing muscles and tendons, how insects control these movements remains unclear, as mechanisms of wing deployment and retraction vary among insect species. Beetles (Coleoptera) display one of the most complex wing mechanisms. For example, in rhinoceros beetles, the wing deployment initiates by fully opening the elytra and partially releasing the hindwings from the abdomen. Subsequently, the beetle starts flapping, elevates the hindwings at the bases, and unfolds the wingtips in an origami-like fashion. Whilst the origami-like fold have been extensively explored, limited attention has been given to the hindwing base deployment and retraction, which are believed to be driven by thoracic muscles. Using high-speed cameras and robotic flapping-wing models, here we demonstrate that rhinoceros beetles can effortlessly elevate the hindwings to flight position without the need for muscular activity. We show that opening the elytra triggers a spring-like partial release of the hindwings from the body, allowing the clearance needed for subsequent flapping motion that brings the hindwings into flight position. The results also show that after flight, beetles can leverage the elytra to push the hindwings back into the resting position, further strengthening the hypothesis of a passive deployment mechanism. Finally, we validate the hypothesis with a flapping microrobot that passively deploys its wings for stable controlled flight and retracts them neatly upon landing, which offers a simple yet effective approach to the design of insect-like flying micromachines.


翻译:鸟类、蝙蝠及多种昆虫在静止状态下可将翅膀收拢于体侧,并在飞行时展开以提供动力。鸟类和蝙蝠利用发达的胸肌、翼肌及肌腱实现这一过程,而昆虫控制这些运动的机制尚不明确,因为不同昆虫物种的翅膀展开与收拢机制存在差异。甲虫(鞘翅目)展现出最为复杂的翅膀机制之一。例如,在犀牛甲虫中,翅膀展开始于完全打开鞘翅并将后翅从腹部部分释放。随后,甲虫开始扑动,抬升后翅基部,并以类似折纸的方式展开翅尖。尽管这种折纸式折叠结构已得到广泛研究,但对于后翅基部的展开与收拢机制关注有限,传统观点认为这一过程由胸部肌肉驱动。本研究通过高速摄像与扑翼机器人模型,首次证明犀牛甲虫无需肌肉活动即可轻松将后翅抬升至飞行位置。我们发现,打开鞘翅会触发后翅从身体中如弹簧般部分释放,从而为后续扑动提供所需空间,使后翅进入飞行位置。结果还表明,飞行结束后,甲虫可利用鞘翅将后翅推回静止位置,这进一步支持了被动展开机制的假说。最后,我们通过一款扑翼微型机器人验证了该假说:该机器人能够被动展开翅膀以实现稳定可控飞行,并在着陆后整齐收拢翅膀,这为设计类昆虫飞行微型机器提供了一种简洁而有效的方案。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
10+阅读 · 2023年8月13日
Arxiv
14+阅读 · 2018年4月18日
VIP会员
最新内容
对抗环境下超视距目标打击的情报支援
专知会员服务
8+阅读 · 7月22日
《无人机对海面作战影响评估》
专知会员服务
15+阅读 · 7月21日
印度精确打击与指挥架构的断层
专知会员服务
7+阅读 · 7月20日
美空军AI完成F-16战斗机自主空战历史性试飞
专知会员服务
8+阅读 · 7月20日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员