昆虫齿轮可以改变你看待工程的方式

自然充满了惊喜。这本身并不是显着的，因为我们对她的内心工作相对较少。我们的无知被陷入困境，但是，当我们的一个假设受到挑战之一，我们必须重新调整我们对世界的观点。

我们人类是精密工程的主人。无论是什么性质，无论如何都必须甚至偶然，必须，我们假设，有点邋and湿润和弯曲。毕竟，我们发明了轮子，不是吗？在大自然仍然在马力上跑来跑去，制作电机和飞机。但这种优越感的精确性真的总是合理吗？

英格兰最近的一个发现表明它不是，而且该示例同时可以理解且难以接受。在科学，Malcolm Burrows and Gregory Sutton（分别是剑桥大学和布里斯托大学）描述了一个跳跃昆虫的后腿的机制，只能被描述为齿轮，齿轮和所有。

尽管之前的结构已经看到，但使用高速摄像头的其作用调查揭示了其功能：第一种已知的啮合齿轮机构的情况，该机构未铸造或锻造，但已经演变。

微米级精密工程

Issus Coleoptratus.是一个小小的欧洲普通冠军昆虫昆虫。该生物不仅可以相对于其6毫米大小跳跃长路（有时高达仪表），它也很快就这样做了。在两毫秒的刺激内，它产生多达400克的加速度和速度，速度高达6米。

Sutton在最近的文章中解释了这个行动“昆虫跳跃，一个古老的问题”为了人体前沿科学计划是他研究的赞助商。“这远未容易，因为这些跳跃需要昆虫导航三个极困难的生物力学挑战：1）产生必要的电源，2）将动力引导通过腿产生受控跳跃，3）同步两条腿差动腿部延伸不会使动物旋转控制。为了解决这些问题，进化已经开发出与人造设备相似的生物结构：复合弓，机械联系，以及最令人惊讶的齿轮。“

如什么时候拉回弓，昆虫慢慢地在其身体上施加弹性能量，并将其保持在张紧状态，直到快速释放允许材料本身的弹性来放大力。当你跑到街上时，你会这样做，用腿部和脚的肌腱沿着春天。袋鼠做到了，并“甚至教育的跳蚤”（为Cole Porter道歉）。

这种力量，与它一样强大，必须转化为一项工作的表格，这就是机械联系进入的地方。Planthoppers在腿的股骨/胫骨关节中使用小肌肉重定向不平衡的身体的力量。一条腿为移动力量，另一条腿为另一个决定方向。然而，错误仍然存​​在一个挑战，这是同步两条腿。

研究人员发现在其少女阶段I. COLEOPTRATUS.使用相当于刺齿轮来帮助其录制跳跃。Burrows和Sutton最初已经妨碍了必须有一些机械结构来做这件事，因为当神经冲动时的时间太快了，这通常会在5到六毫秒的范围内发生。

有。I. COLEOPTRATUS.将其后腿夹在其身体下方，在第二个关节上的每条腿上远离身体（拖把），是一种齿条，当动物棘爪时，用它的腿啮合，以将其腿用于春天旋转。这种啮合可以防止动物旋转到一侧，因为如果腿在同一时间没有射击。事实证明，这实际上非常精确：腿部弹簧在彼此彼此的1/300,000之内。这种偏航控制是一种需要降落目标以达到食物或逃避捕食者的生物的重要优势。

条带有10到12齿齿，其形式不对称，看起来像圆圈的一部分上的鲨鱼鳍。每个齿的宽度约为50微米，长度为15至30微米，与其邻居分开约30微米。与本质上的许多零件一样，这些也是由硬度和耐久性的复合材料制成：在这种情况下，甲蛋白，在昆虫世界中选择的糖类聚合物，以及核苷酸，蛋白质。

目前的假设认为，像大多数跳跃的昆虫一样，I. COLEOPTRATUS.可能已经开始使用单独的摩擦协调其跳跃腿;在其腿上具有粗糙的区域，逐渐被选择为图案化的粗糙度，转化为更精确的齿轮。更精确的机制使能更准确的着陆，这可能是一个巨大的优势发行但不是大多数其他跳线，显然，谁没有徘徊那种进化的道路。

I. COLEOPTRATUS.在最终的蜕皮中加剧了这种优势，而成人使用更常见的摩擦垫，以时间的弹簧作用。研究人员认为这可能是因为现在没有更长的牙齿的牙齿不可撤销的功能丧失，应该是现在的患者发生意外。他们进一步推测，不寻常的不对称性可能是管理具有有限自由度的重复运动中的磨损和撕裂的优势。

可能的应用程序

对于共同发现者Sutton，这种适应性对人类技术人员的选择性专业赞同。“齿轮，”他说，建立了“高精度和速度在一个方向上。它是一种新型档位的原型。”如果需要更少的重量和尺寸，则不对称正齿轮也可以是一个优点。

在人类技术的世界中，齿轮通常是径向和对称的，所谓的瑞士数学家莱昂哈尔·欧拉发明了所谓的渐象。它们可以在任何数量的几何阵列中配置，以便它们一起啮合。汽车上的通用变压器齿轮是良好的例子。与昆虫品种类似的不对称刺（或齿轮）轮子相对罕见。

如果高负荷，单向应用需要精确和速度，似乎这种类型的档位可能是进一步发展的好候选者。弹道学肯定会想到，那么目前正在春天装载的东西：锁或开启水或空气紧密门，紧急冒险线或救生艇发射器，重复力工具。

当然，一个关键是能够由设备的材料存储的能量，并且相对于所需的力产生的放大。在这方面，自然似乎让我们击败，至少在普通材料方面。胶原蛋白，斯蒂斯托和骨骼中的天然蛋白质，据杜克大学史克特教授史蒂文·沃戈尔博士称，能量相对于其重量比泉钢持有20倍。

我们也有可能从中学习其他东西一世。COLEOPTRATUS.？洞穴和萨顿指出，凸轮状条带上的牙齿在它们的基地上具有弯曲的圆角，从而降低了它们的剪切掉的可能性，与机加工部件非常相似。他们还表明，在硬度下需要耐久性的混合物中，牙齿中的复合材料在功能上以更大量的蛋白质进行。这是自然界中的共同策略，在你自己的骨骼中很明显。

在自然和技术中，我们已经看到了长期使用弹性储存的能量来进行工作，特别是当需要速度和强大的力量时。利用材料的内部结构和时间到第一储存，然后放大力意味着节省能源实现极端性能。你做的工作中所必需的声音？也许我们都应该仔细看看那个小虫，发行COLEOPTRATUS.。

齿轮的顶级图像斯特凡W.通过flickr。