science >> Wetenschap >  >> Chemie

De harige buik van honingbijen laat zien hoe je energie kunt besparen, slijtage aan materialen verminderen

Kleine haartjes op de buik van een honingbij verminderen wrijving tijdens het buigen, veel energie besparen tijdens de dagelijkse activiteiten van de bij. Credit:Aangepast van ACS toegepaste materialen en interfaces

Kijken naar honingbijen zoemen tussen bloemen, het is gemakkelijk om te zien hoe de uitdrukking "druk als een bij" is ontstaan. Een van de vele bewegingen die het lichaam van een bij maakt, is het herhaaldelijk buigen en strekken van zijn buik. Nutsvoorzieningen, onderzoekers rapporteren in ACS toegepaste materialen en interfaces hebben ontdekt dat kleine haartjes de wrijving van deze bewegingen verminderen, energie besparen voor de dagelijkse activiteiten van de ijverige insecten en tegelijkertijd slijtage verminderen. Deze kennis kan onderzoekers helpen om bewegende delen met een langere levensduur te ontwerpen.

De buik van een bij is verdeeld in verschillende harde buitenplaten die het exoskelet vormen. Wanneer de buik buigt en strekt, deze segmenten schuiven over elkaar heen, wrijving creëren. Echter, de overlappende delen van de segmenten vertonen zeer weinig slijtage, een bevinding die wetenschappers in verwarring heeft gebracht. Jieliang Zhao, Shaoze Yan en collega's wilden het wrijvingsmechanisme van de buik van de honingbij onderzoeken, die ooit zou kunnen worden gebruikt om de levensduur van technische soft devices te verlengen, zoals actuatoren en scharnieren.

De onderzoekers observeerden de buik van honingbijen onder een scanning-elektronenmicroscoop, het vinden van talrijke vertakte haren op het buitenoppervlak. Vervolgens, met behulp van atoomkrachtmicroscopie, ze maten de wrijving die werd veroorzaakt door het bewegen van een exoskeletaal segment over een harig of haarloos oppervlak. Onder dezelfde belasting de wrijving voor het harige oppervlak was lager dan die voor een glad oppervlak. Naarmate de belasting toenam, wrijving voor het haarloze oppervlak steeg, terwijl er geen duidelijke toename in wrijving werd waargenomen voor het harige oppervlak. De onderzoekers berekenden dat het harige oppervlak de slijtage tijdens abdominale contractie met ongeveer 60% verminderde en ook energie bespaarde bij elke contractie. Dit komt neer op een grote hoeveelheid geconserveerde energie die essentieel is voor het uitvoeren van de dagelijkse activiteiten van bijen, zeggen de onderzoekers.