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这只甲虫的防刺外骨骼几乎坚不可摧

来源:nature2020-11-02

nature 2020-11-02

他们并没有称其为恶性的铁甲虫:Phloeodes diabolicus是北美西部原生的一种坚固的昆虫,几乎具有超自然的抵抗压缩和钝击的能力。现在,3D扫描显示,在互锁的机翼盒中的分层结构使甲虫的耐力是其某些亲属的两倍-并可以激发工程师创造更耐用的设计。

人们认为,Phloeodes diabolicus的韧性在甲虫中是独一无二的。伦敦自然历史博物馆的资深策展人昆虫学家马克斯·巴克莱(Max Barclay)说,这种长2.5厘米长的昆虫在收藏家中臭名昭著,因为它们很难固定在木板上:大头钉推入其外骨骼时往往会弯曲。他说,与典型甲虫的数周或数月相比,该生物的寿命约为两年,也许可以证明对保护进行如此极端的投资是合理的

大多数甲虫使用其后翅飞行,后翅由一对硬化的翅盒保护,这是在其他昆虫中发现的前翅的改良版本。然而,Pdiabolicus不能飞行,并且其机翼盒已永久锁定在一起,以适应干燥的环境。 它的发展是为了保持水分,巴克莱说。

为了了解是什么使魔鬼般的铁甲虫如此有韧性,加利福尼亚大学欧文分校的材料科学家David Kisailus和他的合作者使用各种技术对生物进行了成像,包括使用X射线同步加速器(产生加速器的粒子加速器)进行微计算机断层扫描X射线能量束。加州大学河滨分校的材料科学家耶稣里维拉(Jesus Rivera)的团队成员装配了一种装置,该装置可以在扫描仪内旋转昆虫的身体,同时使其受到不同程度的压缩。

他们的研究于1022日发表在《自然》(Nature )杂志上,显示了像3D拼图一样锁在一起并锁在昆虫腹部的甲虫翅膀盒如何承受压力。研究人员惊讶地发现,当压力接近断裂点时,拼图碎片的互锁部分能够像洋葱一样脱落下来,而不是被剥落。 Kisailus说:您会认为,如果像这样拿走碎片并将它们拉开,它们会在颈部断裂。这使得机翼箱在不损害其整体结构完整性的情况下受到一定程度的损坏。

然后,该团队用3D打印相似的分层结构,发现它们的抗撕裂强度是工程师通常使用的一种接头的两倍。Kisailus说,受这些甲虫启发的设计在连接具有不同特性的材料时特别有用,例如,航空航天工程中使用的金属和碳基材料。


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