近乎坚韧的甲虫韧性的来源©David Kisailus / UCI

近乎坚韧的甲虫的韧性来源

科学家们已经发现了甲虫非凡抵抗被压碎的秘密。

在美国西南部的沙漠中发现,恶魔般的Ironclad甲虫有一个外骨骼如此强壮,它可以存活地碾压。加州大学材料科学家,Irvine发现了什么让这个微小的泰坦如此艰难,并且他们已经制作了综合 材料 具有相同的特点。

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“铁包德是一个陆地甲虫,所以它不轻易又快,但建造了更像一点坦克,”说 David Kisailus.,材料科学教授&在研究中的UCI和主要调查员的工程。 “这是它的适应:它不能飞走,所以它只是留下来,让它的特殊设计的盔甲在捕食者放弃之前滥用虐待。”

该团队用压缩测试研究了甲虫,发现他们可以 承受39,000次自己体重的力量。这就像一个60公斤的人幸存了2,340吨的重量。

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昆虫非常实力在于它的Elytra。在飞甲虫中,Elytra被硬化的预防,靠近他们的后翅 - 这会产生飞行 - 并保护它们免受细菌和损坏。在恶魔般的Ironclad甲虫中,Elytra一起融合在一起,形成坚韧的屏蔽。

研究人员用显微镜和光谱的组合研究了Elytra。他们发现它由蛋白质基质和甲壳素的层组成,通常在昆虫的外骨骼中发现的纤维材料。与飞甲虫相比,Ironclad的Elytra含量约为10%的蛋白质。§

他们还研究了ILYTRA的两半被称为内侧缝合线。加入看起来非常像互锁拼图。然而,当甲虫被压缩时,它们不会表现得可能会期望。

铁包甲虫的内侧缝合的横截面,显示拼图件形加入©耶稣Rivera / UCI
铁包甲虫的内侧缝合的横截面,显示拼图件形加入©耶稣Rivera / UCI

“当你打破一个拼图的时候,你希望它在脖子上分开,最薄的部分,”谢根兹说。 “但是我们没有看到这种灾难性分裂与这个甲虫。相反,它分层,提供了一个更加优雅的结构失败。“也就是说,几丁质的分层结构拯救了这一天:而不是突然破碎,层次慢慢破裂并分开。

kisailus和他的团队从这些非凡的甲虫中获取灵感来设计一个 仿生学 复合材料具有相同的互锁件。当它们加入铝合金耦合材料时,它们发现它比标准紧固件更强大和更难。

团队希望这可以在飞机中使用,在没有传统铆钉和紧固件引入的弱点的情况下加入段。

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“这项研究真的弥合了生物学,物理,力学和材料科学领域,您通常在研究中不得在研究中看到,”Kisailus说。

读者问:&A:为什么一些昆虫看起来金属?

问:丽贝卡沃克 

许多昆虫,特别是Scanab和珠宝甲虫,具有生动,金属绿色,蓝色或金色着色。这种效果不会来自颜料,但是“结构性着色”的一个例子。  

甲壳虫甲壳表面上的微观脊和透明层充当一系列镜头,以指示不同波长的光,使得一些颜色抵消和其他颜色被放大 - DVD上的彩虹效果类似地由显微镜引起它的表面上的凹坑。  

这种金属光泽可能已经进化,因为它提供了明亮的颜色,可以用作长距离的配合信号。或者,一些研究人员建议它可能模仿叶子上的雨滴的外观,有助于迷彩甲虫。  

脊和层也可能比代谢昂贵的颜料分子生长更少的能量 - 对于昆虫特别重要,因为它们经常脱落并再生出他们的外皮。

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