Passive wing deployment and retraction in beetles and flapping microrobots

鸟类、蝙蝠和许多昆虫在休息时可以将翅膀折叠到身体旁边，以便在飞行时展开它们。鸟类和蝙蝠使用发达的胸肌和翼肌以及肌腱来控制翅膀的运动，但昆虫如何控制这些运动仍不清楚，因为不同昆虫物种之间的翅膀展开和折叠机制是不同的。甲虫是展开翅膀机制最为复杂的昆虫之一。例如，犀牛甲虫的翅膀展开是通过完全打开前翅和部分释放后翅从腹部开始的。随后，甲虫开始振动翅膀，将后翅的基部抬起，并以折纸的方式展开翅尖。虽然折纸般的折叠方式已经被广泛研究，但对后翅基部的展开和折叠却没有得到足够的关注，这被认为是由胸肌驱动的。本研究使用高速摄像机和机器人振翅模型，证明了犀牛甲虫可以轻松地将后翅抬起到飞行位置，而无需肌肉活动。我们发现，打开前翅会触发弹簧般的部分释放后翅，从而为后续的振翅运动提供所需的空间，将后翅带入飞行位置。研究结果还表明，在飞行后，甲虫可以利用前翅将后翅推回到休息位置，进一步证明了被动展开机制的假设。最后，我们通过一个振翅微型机器人验证了这个假设，这个微型机器人可以被动地展开翅膀以实现稳定的控制飞行，并在着陆时整齐地收回翅膀，这为设计类似昆虫的飞行微型机器人提供了一种简单而有效的方法。

本文试图解决昆虫如何控制翅膀展开和收缩的问题，特别是以犀牛甲虫为例，研究其翅膀展开和收缩的机制。

本文发现犀牛甲虫可以通过打开前翅来触发后翅的被动展开，而不需要肌肉活动。这一机制为仿生飞行微型机器人的设计提供了简单而有效的方法。

本文通过高速摄影和机器人模型实验，揭示了犀牛甲虫后翅展开的被动机制，为仿生飞行微型机器人的设计提供了新思路。

近期相关研究包括“昆虫翅膀肌肉控制机制的研究”、“基于昆虫翅膀的微型机器人设计”等。