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铁定甲虫外骨骼超级坚硬之谜破译
2020-10-22 10:26:50 来源: 科技日报
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        你能承受相当于自己体重4万倍的压力吗?英国《自然》杂志21日公开了一项仿生学及机械学重要研究,美国科学家团队揭开了即使是巨大的挤压力也压不死的自然界“力量”——一种名为铁定甲虫的外骨骼超级坚硬之谜,对这种机械连锁和坚韧性的破译,将结合到成功结构中,在人类航空、建筑和机械领域具有重要应用价值。

       “汽车也压不死”,说的就是铁定甲虫。这是一种栖息在橡树上的物种,主要发现于北美西海岸。这种昆虫不具备飞离险境的能力,但它们长有超级抗挤压的外骨骼前翅(称为鞘翅),也就是说,这种昆虫能经受住捕食者的任何挤压和尖刺攻击。它小小的身体即使被人踩住后在上面转圈,抬开脚后它依然无损,甚至被汽车碾过都能安然无恙。这种自然界的神奇力量,对于想要用标准钢丝针将它们固定在展示盒中的昆虫学家来说,构成了不小的挑战。

       此次,美国加州大学尔湾分校科学家戴维·奇塞卢斯及其同事,报告了这种独特鞘翅的结构特征和物质组成,它们能让铁定甲虫承受最大149牛顿的力(约为其体重的3.9万倍)。研究团队利用最先进的显微镜、光谱技术和机械测试,在鞘翅中央观察到了一连串形似拼图的连锁关节。研究团队发现,正是这些关节的几何结构以及它们的层状微结构,让铁定甲虫的外骨骼实现了极其出色的机械连锁和坚韧性。

       为了测试这种几何结构作为强硬机械紧固件、连接不同材质(如塑料和金属)的潜力,譬如航空航天业对涡轮固件(航空发动机的核心部件之一,可将燃烧室喷出的高温高压热能转变为涡轮轴上的机械能,以带动其他附件)的需求,研究人员利用模拟这种结构的金属复合材料,制作了一系列接头。他们发现,与常用的工程接头相比,依据这一几何结构设计的接头强度更大、韧度也显著增强。

       总编辑圈点

       大自然的设计,往往鬼斧神工。人类也总是能从自然中获得一些奇妙灵感。我们需要高坚韧度的材料,用各种先进的材料技术,发掘和改造自然界的化学元素。但是,那些不起眼的小虫子,却自带坚硬的外骨骼前翅,不费吹灰之力,就有了人类梦寐以求的铠甲。不过,学习复杂技术,是人类的技能。科研人员用精密仪器研究了这种甲虫的外骨骼,它结构的秘密就此展现。人类破译自然界给动物的天赋密码,从而为更多高精尖设备的研制提供了独特思路。

【纠错】 责任编辑: 魏承瑶
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