在透明的圆管中，一只七星瓢虫正做着自由落体运动。
它从半米高的地方被人丢了下去，肚皮朝天，六条细腿在空中摆动。很快，这个还不知道发生了什么的小家伙背部重重地撞上了坚硬的地面。它被再次弹到空中，在冲击之下连续翻腾，转体了足有四五周。
高速摄影下自由落体的瓢虫 | 视频由论文作者提供
不过，这突如其来的跌落并没有造成任何伤害：站稳后，瓢虫立即若无其事地爬行了起来，看起来毫发无损。与此同时，两台高速摄影机记录下了瓢虫下落弹跳的全过程。在实验室里，20只被试瓢虫就这样被扔了60次。
为什么人类要扔瓢虫玩？其实，这是一项仿生学研究，科学家们正在向瓢虫学习它们“无伤落地”的诀窍。
不怕摔的秘诀
尽管在实验中是被人扔下去，但从高处跌落其实是瓢虫的日常——在遇到威胁时，它们常会装死，并主动从树叶上滚落逃走。即使把下落高度从半米提升到两米，跌落的冲击依然不会对瓢虫造成什么影响。
“跳楼”逃生？瓢虫表示这是常规操作 | 原视频由论文作者提供
瓢虫不怕摔的秘诀在于它们背部的鞘翅——就是那层有着漂亮斑点的半圆形保护壳。研究发现，无论以何种姿势下落，瓢虫们总是会调整自己的身体，尽可能以背部着地。这样一来，率先着地的鞘翅就能充分吸收下落冲击，避免对身体的脆弱部分造成损伤。
鞘翅不仅保护着瓢虫的内层翅膀，也在坠落时起到吸收冲击的作用
甲虫的鞘翅由几丁质微纤维和蛋白质层层加固而成，巧妙的微结构使得它具有出色的强度和能量吸收性能。而此次中山大学吴嘉宁研究组发现，鞘翅间的“榫卯结构”也起了重要的作用——当它被摔开时，能够进一步吸收冲击，减少瓢虫的反弹速度[1]。
扫描电子显微镜与显微CT结果显示，瓢虫的左右两片鞘翅中间存在着类似榫卯的连接结构，这一结构可以将鞘翅牢固地扣在一起。而在受到下落冲击时，这一锁扣可以被打开。实验与计算机模拟结果都显示，当榫卯连接被打开时，鞘翅吸收冲击的效果最佳——此时能量吸收可以增加33%。
瓢虫的左右两片鞘翅中间由类似榫卯的结构相连 | 论文
为无人机装备“瓢虫科技”
仿照瓢虫可以打开的鞘翅，研究者们又设计制作了人工的吸收冲击结构，并把它们应用到了无人机上。
研究者在无人机上装备了灵感来自瓢虫的冲击吸收装置 | 论文
无人机在灾难搜救、影视拍摄、地形测绘等很多领域已经广泛应用，不过它们有时仍面临无法平稳着陆的问题，坠落时的冲击容易损坏无人机内部精密的电子元件。而瓢虫的鞘翅正好为解决这一问题提供了灵感。
研究者3D打印制作了基于鞘翅的仿生结构，将它们安装在无人机的下方，并在26厘米的高度让无人机自由下落，测试抗冲击效果。结果显示，可以在冲击下打开的结构也能成功减少无人机受到的冲击，减少它们的反弹高度，让无人机更快平稳下来。
而这一切，都要首先感谢总共被扔了60次的被试瓢虫们了。
参考文献
[1] https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-3190/ac1cef
作者：窗敲雨
编辑：Luna
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