通过构型优化操控鳞翅目昆虫口器的卷曲与伸展运动

许多种类的成年鳞翅目昆虫拥有一根用于吸食液体的长口器，并具有卷曲和伸展运动。虽然实验定性揭示了卷曲运动由液压机制控制，而伸展运动归因于肌肉组织和弹性，但仍需定量研究以揭示昆虫如何精确实现这些行为。本文提出了一种准一维 (Q1D) 曲率弹性杆模型来揭示这些行为的机制。我们发现，位于口器底部的内部基节肌和基部眉节肌的功能分别是调节卷曲和伸展过程中的初始状态；沿口器分布的内部眉节肌的功能是调节线张力。膝状弯曲形状源于局部最大自发曲率，这对采蜜蝴蝶是一种优势。当不存在膝状弯曲时，由于内部液压增加诱发的穿刺运动，吸果蝴蝶的口器易于实现穿刺动作。所有结果均与经验观察高度吻合。我们的研究为调查其他一维生物结构（如海洋蜗牛和大象的口器）的力学行为提供了一种启发性方法。我们的方法和结果在设计仿生装置方面也具有重要意义。