Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     Siemens  n-tv 
Datenbankrecherche:

Fachgebiet (optional):

 

Microstructure-induced biomechanical responses of dragonfly wing veins

03.06.2011
Wang's research team discovered the sandwich microstructure of dragonfly wing veins [Wang et al. Compos Sci & Technol, 2008; 68: 186-192] and recently revealed the organic junction between these longitudinal veins and membranes of the dragonfly wing [Chen and Wang et al. Chinese Sci Bull, 2011; 56: 1658-1660].

Anzeige

Based on observed microstructural model and previously reported model about the main longitudinal veins and membrane, in which the former is based on the tubular model with sandwich structure in thickness of tubular, and the latter is based on the sample tubular model with the same material in thickness of tubular, they were used to simulate and characterize the biomechanical responses of dragonfly wings under symmetrical loading.


The results indicated that the effect of different microstructural models on the flapping frequency, trajectories, and corrugated and torsional behaviors of the wing cannot be ignored. This is because the sandwich microstructure, consisting of soft matter with fibers in the protein layer and hierarchical structure in the chitin layer, of the longitudinal vein plays an important role in improving aerodynamic efficiency by creating self-adaptability in the flapping, torsion and camber variations of the wing as it twists. Understanding the complete structure of the wing, including the microstructural features and the organic junction between veins and membranes, provides new insight into the flight mechanism of the dragonfly and the wing's biomechanical responses, as shown by the study reported in issue 56 of the Chinese Science Bulletin and to be reported in the future.

The organic junction with the hierarchical microstructure optimizes the dragonfly wing's biomechanics including to the strength, stiffness and toughness (see Figure 1). The organic junctions enable the corrugation of the total wing along the chord direction, which improves the warping rigidity, while the hierarchical microstructure at the nano scale in the thickness of chitin layer increases the flapping strength of the wing and lift coefficients, but not the torsional rigidity of wing. As the dragonfly wings twist during flapping process, the soft matter with fibers in the protein layer at the micro scale assists the turning performance and allows structural responses between the longitudinal veins and membranes that form the camber of the wing during the three dimensional changes. The camber and zigzag cross-section along the chord direction could enhance the aerodynamic efficiency of the wing [Ennos AR. J Exp Bio, 1988, 140: 137-160; Sane SP. J Exp Bio, 2003; 206: 4191-4208] by creating more vortices under upstrokes and downstrokes, as shown in Figure 2. Moreover, the corrugated wing has an important effect on torsion deformation under sample aerodynamic loading, and it is more flexible than a wing without sandwich longitudinal veins. Thus, the organic junction between the vein and membrane contributes to the dragonfly wing's remarkable biomechanical behavior. In addition, with the help of these two salient features, the wing can easily adjust the its chordwise length by changing the corrugated angle and allowing response to different flight environments. Although it is highly speculative, we believe that the wing possesses some self-adaptabilities to cope with the challenges of flight. From the view of energy, the authors suggest that this kind of self-adaptability helps the dragonfly reduce the amount of energy consumed during flight. Potentially, this research could inspire engineers to design self-adaptable and energy-saving flexible wings for micro aerial vehicles.

The authors are affiliated to the Department of Engineering Mechanics, School of Aerospace, Tsinghua University. This laboratory is conducting research mainly in biomechanics, fatigue damage and fracture mechanics of advanced materials.

Xi Shu Wang | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.tsinghua.edu.cn

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Newly discovered breast milk antibodies help neutralize HIV
23.05.2012 | Duke University Medical Center

nachricht Scientists unravel role of fusion gene in prostate cancer
23.05.2012 | New York- Presbyterian Hospital/Weill Cornell Medical Center/Weill Cornell Medical College

Alle Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>


Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Licht lässt Partikel wachsen - Forscher entdecken neuen Mechanismus in der Atmosphäre


Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.

Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.

Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...

Im Focus: Abschreckung: Tabak signalisiert angreifenden Zikaden Verteidigungsbereitschaft


Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen

Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...

Im Focus: Erbgutkopie reist im Protein-Koffer


Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.

Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.

Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...

Im Focus: Mikroben kennen nur eine Konstante: Veränderung!


Ein neuer Sonderforschungsbereich (SFB) an der Philipps-Universität geht der einzigartigen Fähigkeit von Mikroorganismen auf den Grund, sich ständig an veränderte Umweltbedingungen anzupassen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert den SFB 987 mit dem Titel "Mikrobielle Diversität in der umweltabhängigen Signalantwort" in den kommenden vier Jahren mit voraussichtlich mehr als sieben Millionen Euro.

„Die erfolgreiche Beantragung des neuen Sonderforschungsbereichs belegt einmal mehr die exzellenten wissenschaftlichen Leistungen im Bereich der Mikrobiologie am Standort Marburg“, erklärt Professor Dr. Frank Bremmer, der Marburger Uni-Vizepräsident für Forschung. „Die Einrichtung des SFB wird Marburgs Stellung als zentraler Ort der mikrobiologischen Forschung festigen und deren internationale Sichtbarkeit weiter erhöhen.“ ...

Im Focus: Schnelles Korallensterben


Erosion in tropischen Küstenregionen führt zum schnellen Tod der Korallen

Die Farbigkeit, Vielfalt und Exotik der tropischen Korallenriffe fasziniert viele Menschen weltweit. Und doch sind es die Folgen unserer Zivilisation, die dieses fragile Ökosystem bedrohen durch Klimaerwärmung, Sauerstoffmangel und Ozeanversauerung. Fortschreitende Industrialisierung, Waldrodungen und intensive Landwirtschaft in küstennahen Gebieten führen zu Erosion und verändern die Lebensbedingungen im Meer dramatisch.

Jetzt ...

Alle Focus-News des innovations-reports >>>

Anzeige

B2B Suche
Produkt / Dienstleistung
Firma / Organisation

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Aktuell

Komplexität beherrschen

23.05.2012 | Energie und Elektrotechnik

Nano-Müll lässt sich nicht verbrennen

23.05.2012 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Nea Kameni volcano movement captured by Envisat

23.05.2012 | Geowissenschaften

VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Veranstaltungen

Jeder Mensch ist anders - Nutzen der individualisierten Medizin

23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

14th Leibniz Conference of advanced science „Sensorsysteme 2012“

23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Exklusive Kontakte beim Investforum

23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

FindAndHelp