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“汽車也壓不死”！鐵定甲蟲外骨骼超級堅硬之謎破解

發(fā)表于 2025-12-10 17:22:27 來源：桑間濮上網(wǎng)

“汽車也壓不死”！不死長沙開福高端外圍女上門提供全國外圍女上門1662+044-1662提供全國外圍女上門.鐵定甲蟲外骨骼超級堅硬之謎破解（Credit: David Kisailus / Jesus Rivera / UCI）
（神秘的鐵定地球uux.cn報道）據(jù)科技日報（張夢然）：你能承受相當(dāng)于自己體重4萬倍的壓力嗎？英國《自然》雜志21日公開了一項仿生學(xué)及機械學(xué)重要研究，美國科學(xué)家團隊揭開了即使是甲蟲級堅解巨大的擠壓力也壓不死的自然界“力量”——一種名為鐵定甲蟲的外骨骼超級堅硬之謎，對這種機械連鎖和堅韌性的外骨破譯，將結(jié)合到成功結(jié)構(gòu)中，骼超在人類航空、謎破建筑和機械領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。汽車
“汽車也壓不死”，也壓硬說的不死就是鐵定甲蟲。這是鐵定一種棲息在橡樹上的物種，主要發(fā)現(xiàn)于北美西海岸。甲蟲級堅解長沙開福高端外圍女上門提供全國外圍女上門1662+044-1662提供全國外圍女上門.這種昆蟲不具備飛離險境的外骨能力，但它們長有超級抗擠壓的骼超外骨骼前翅（稱為鞘翅），也就是說，這種昆蟲能經(jīng)受住捕食者的任何擠壓和尖刺攻擊。它小小的身體即使被人踩住后在上面轉(zhuǎn)圈，抬開腳后它依然無損，甚至被汽車碾過都能安然無恙。這種自然界的神奇力量，對于想要用標(biāo)準(zhǔn)鋼絲針將它們固定在展示盒中的昆蟲學(xué)家來說，構(gòu)成了不小的挑戰(zhàn)。
此次，美國加州大學(xué)爾灣分校科學(xué)家戴維·奇塞盧斯及其同事，報告了這種獨特鞘翅的結(jié)構(gòu)特征和物質(zhì)組成，它們能讓鐵定甲蟲承受最大149牛頓的力（約為其體重的3.9萬倍）。研究團隊利用最先進的顯微鏡、光譜技術(shù)和機械測試，在鞘翅中央觀察到了一連串形似拼圖的連鎖關(guān)節(jié)。研究團隊發(fā)現(xiàn)，正是這些關(guān)節(jié)的幾何結(jié)構(gòu)以及它們的層狀微結(jié)構(gòu)，讓鐵定甲蟲的外骨骼實現(xiàn)了極其出色的機械連鎖和堅韌性。
為了測試這種幾何結(jié)構(gòu)作為強硬機械緊固件、連接不同材質(zhì)（如塑料和金屬）的潛力，譬如航空航天業(yè)對渦輪固件（航空發(fā)動機的核心部件之一，可將燃燒室噴出的高溫高壓熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闇u輪軸上的機械能，以帶動其他附件）的需求，研究人員利用模擬這種結(jié)構(gòu)的金屬復(fù)合材料，制作了一系列接頭。他們發(fā)現(xiàn)，與常用的工程接頭相比，依據(jù)這一幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計的接頭強度更大、韌度也顯著增強。
相關(guān)報道：科學(xué)家揭開鐵定甲蟲外殼“堅不可摧”的秘密
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)cnBeta：外媒CNET報道，鐵定甲蟲的外骨骼是動物界最堅硬的外骨骼之一，甚至能經(jīng)受住被汽車的碾壓。科學(xué)家們現(xiàn)在認(rèn)為他們已經(jīng)知道其中的原因。在本周三發(fā)表在《自然》雜志上的一項研究中，研究人員揭開了鐵定甲蟲驚人的抗壓能力的秘密，并展示了新的超強韌材料如何利用甲蟲的生物學(xué)優(yōu)勢。
乍一看，這種甲蟲給人留下了深刻的印象：黑乎乎、凹凸不平的外骨骼，看起來有點像一塊燒焦的石頭。但在它平凡的外表下，卻隱藏著一些結(jié)構(gòu)上的奇跡，是由進化而來。許多種類的甲蟲都能飛行，它們的翅膀被包裹在鞘翅中—— 一種保護性的堅韌外殼中。飛行對甲蟲來說是一種很好的防御機制，使它們能夠躲避捕食者，但鐵定甲蟲沒有翅膀，經(jīng)常裝死，依靠它的外骨骼來保證安全。
“鐵定甲蟲是一種陸生甲蟲，所以它的重量不輕，速度不快，但建造得更像一個小坦克，”加州大學(xué)爾灣分校材料科學(xué)與工程教授、該研究的合著者大衛(wèi)-基賽勒斯在一份新聞稿中說。這種甲蟲的外骨骼非常堅韌，甚至給希望展示它們的昆蟲學(xué)家?guī)砹艘恍﹩栴}--很難將一根針穿過鐵甲。
為了研究這些“小坦克”，研究小組的一名成員Jesus Rivera捕捉了甲蟲，并將它們帶回實驗室。首先，研究人員發(fā)現(xiàn)甲蟲的外骨骼可以承受大約150牛頓的力量--是其體重的39000倍。其他三種陸生甲蟲的承受力只有其一半。
但為什么這種特殊的外骨骼會如此強大呢？研究小組使用一種名為微計算機斷層掃描的3D成像技術(shù)來觀察這種甲蟲，這種技術(shù)的工作原理就像整個生物體的X光。他們重點研究了鐵甲蟲的外骨骼。
鐵甲蟲有鞘翅可能看起來很不尋常。畢竟它是一種不能飛的地棲甲蟲。但它是由一種曾經(jīng)會飛的甲蟲進化而來，它的外骨骼的強度取決于它的外骨骼。它們以最非凡的方式融合在一起，形成了一條蜿蜒曲折的縫合線。
研究人員形容它就像拼圖的碎片，連接在一起。將兩塊拼圖鎖在一起，可能的失效點就在拼圖的“聯(lián)鎖”處。但在高倍顯微鏡下研究聯(lián)鎖關(guān)節(jié)，并使用計算機模擬，團隊沒有看到任何災(zāi)難性的失敗。聯(lián)鎖關(guān)節(jié)似乎還能撐得住，將應(yīng)力傳遞到整個區(qū)域，而不是裂開。這很重要--它保護了甲蟲的頸部。此外，鐵甲蟲的鞘翅的化學(xué)成分與飛行甲蟲略有不同。它似乎混有較高濃度的蛋白質(zhì)，這可能會增加昆蟲的韌性。
研究人員進一步研究了這種外骨骼的幾何形狀如何能夠開發(fā)出更堅韌的材料。他們從甲蟲的聯(lián)鎖關(guān)節(jié)處吸取了教訓(xùn)，并創(chuàng)造了一些碳纖維拼圖片，以測試現(xiàn)實世界應(yīng)用中的機械強度--航空航天工程中使用的緊固件。
“這項工作表明，我們或許可以從使用強而脆的材料轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^在斷裂時耗散能量而使材料既強又韌的材料，”普渡大學(xué)土木工程師、該研究的共同作者Pablo Zavattieri說。