Les ailes des coléoptères se plient plusieurs fois sans usure ni fatigue en ayant de la résiline dans les articulations clés.

Introduction

Contrairement à d’autres insectes comme les abeilles ou les papillons, les coléoptères ne peuvent pas simplement garder leurs ailes déployées et prêtes. Leur activité terrestre, creusant des tunnels sous terre ou sous la litière de feuilles, a été facilitée en repliant leurs ailes postérieures sous leurs ailes antérieures, qui ont été épaissies et durcies pour former un étui de protection. Les adaptations apportées à ces ailes repliables sont très prometteuses pour un mouvement mécanique efficace pour les humains.

La stratégie

Les ailes des coléoptères sont constituées de veines rigides reliées par de fines membranes. Les joints et plis préconditionnés permettent aux ailes de se plier et de se déplier de manière cohérente et efficace. Étonnamment, tout cela se produit sans musculature interne. Les seuls muscles se trouvent dans le thorax du coléoptère. Leur flexion provoque une distorsion mécanique de la veine principale de l'aile, qui initie la cascade prédéfinie de déploiement.

Cette mécanique est à son tour rendue possible par l'intégration, le long des lignes et des points de pliage, d'un système élastique appelée résiline. La structure moléculaire intrinsèquement désordonnée de la résiline confère ses qualités de faible rigidité, de haute extensibilité, de stockage d'énergie efficace, de résilience exceptionnelle et de longue durée de vie en fatigue. Il permet non seulement à l'aile de se plier et de se déplier, mais il stocke également l'énergie provenant de la résistance au vent en vol et évite les dommages dus à l'usure de l'aile.

A science illustrations showing resilin locations in the wing.
Image: Biomimicry Institute / Copyright © - Tous droits réservés

Zones contenant de la résiline dans les ailes du scarabée solaire, Pachnoda marginalata

Remarquablement, ces articulations et plis ne semblent pas plus rigides ou mous que le reste de l’aile en vol. Malgré les pressions intenses de torsion, l'aile se plie uniformément, ne montrant aucun signe de faiblesse dans les zones à haute résilience.

Lorsqu'il est temps de replier les ailes, là encore le travail s'effectue sans aucune musculature interne sur l'aile elle-même. Au lieu de cela, les ailes sont remises en place par les mouvements des plaques velues situées sur le dos du coléoptère (appelées tergites abdominaux). Ce mouvement de balayage tire les surfaces des ailes vers le centre du corps. Pendant que les ailes bougent, la douceur des zones à haute résilience les amène à se plier en séquence le long des zones prédéterminées.

Bien que tous les coléoptères partagent ces caractéristiques de base, le motif particulier des veines et des plis, l'emplacement de la résiline et ses quantités varient espèce par espèce en fonction de la taille globale du corps et d'autres facteurs. Une inspiration supplémentaire basée sur la géométrie des différentes ailes peut être trouvée grâce à une enquête plus approfondie.

Le potentiel

Aujourd’hui, les chercheurs fabriquent diverses substances de type résiline à des fins de conception humaine. De la même manière, en incorporant des composés élastiques aux matériaux des assemblages robotiques et en utilisant des modèles de pliage géométriquement dynamiques, les humains pourraient réduire le nombre de pièces mobiles et le nombre de matériaux nécessaires à nos applications. De telles structures pourraient également réduire considérablement le bruit et les pertes d’énergie dues à des mouvements inutiles, intégrant ainsi les robots dans les environnements humains avec beaucoup plus de grâce.

Dernière mise à jour le 26 février 2024