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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
發布時間：2025-12-07 18:58:22 來源：骨軟筋酥網 作者：綜合
“汽車也壓不死”！不死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）據科技日報（張夢然）：你能承受相當于自己體重4萬倍的壓力嗎？英國《自然》雜志21日公開了一項仿生學及機械學重要研究，美國科學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，將結合到成功結構中，骼超在人類航空、謎破建筑和機械領域具有重要應用價值。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，主要發現于北美西海岸。甲蟲級堅解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，對于想要用標準鋼絲針將它們固定在展示盒中的昆蟲學家來說，構成了不小的挑戰。
此次，美國加州大學爾灣分校科學家戴維·奇塞盧斯及其同事，報告了這種獨特鞘翅的結構特征和物質組成，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節。研究團隊發現，正是這些關節的幾何結構以及它們的層狀微結構，讓鐵定甲蟲的外骨骼實現了極其出色的機械連鎖和堅韌性。
為了測試這種幾何結構作為強硬機械緊固件、連接不同材質（如塑料和金屬）的潛力，譬如航空航天業對渦輪固件（航空發動機的核心部件之一，可將燃燒室噴出的高溫高壓熱能轉變為渦輪軸上的機械能，以帶動其他附件）的需求，研究人員利用模擬這種結構的金屬復合材料，制作了一系列接頭。他們發現，與常用的工程接頭相比，依據這一幾何結構設計的接頭強度更大、韌度也顯著增強。
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（神秘的地球uux.cn報道）據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，甚至能經受住被汽車的碾壓。科學家們現在認為他們已經知道其中的原因。在本周三發表在《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優勢。
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，卻隱藏著一些結構上的奇跡，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，”加州大學爾灣分校材料科學與工程教授、該研究的合著者大衛-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家帶來了一些問題--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，研究人員發現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成像技術來觀察這種甲蟲，這種技術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“聯鎖”處。但在高倍顯微鏡下研究聯鎖關節，并使用計算機模擬，團隊沒有看到任何災難性的失敗。聯鎖關節似乎還能撐得住，將應力傳遞到整個區域，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成分與飛行甲蟲略有不同。它似乎混有較高濃度的蛋白質，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出更堅韌的材料。他們從甲蟲的聯鎖關節處吸取了教訓，并創造了一些碳纖維拼圖片，以測試現實世界應用中的機械強度--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變為通過在斷裂時耗散能量而使材料既強又韌的材料，”普渡大學土木工程師、該研究的共同作者Pablo Zavattieri說。
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