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铁定甲虫“坚不可摧”的奥秘

2020-03-17朱崇恺

知识就是力量 2020年12期
关键词:石頭压缩力外骨骼

朱崇恺

有些虫子踩上一脚就会死,但铁定甲虫即使被汽车碾过也能存活下来。铁定甲虫生活在北美洲西部海岸地区,它们常在橡树和其他树木的树皮下栖息,以菌类为食。黑乎乎、凹凸不平的外骨骼,不仔细看还以为是一块被烧焦的石頭。这种不会飞的甲虫拥有异常牢固的外骨骼,最多能承受149牛顿的压缩力,这相当于在甲虫身上压了相当于自身体重约39000倍的重量。

一项发表于《自然》的研究揭示了铁定甲虫格外抗压的秘密。首先,铁定甲虫的外骨骼中充满了蛋白质,这些蛋白质可以增强外骨骼的“韧性”。它的结构也很巧妙:因为铁定甲虫之前是会飞的,只不过之后经过进化,两只翅膀变成了两片鞘翅,它们以最非凡的方式融合在一起, 形成了一条蜿蜒曲折的缝合线。就像两片拼图一样被拼在一起,研究人员称之为刚性接缝。同时它们椭圆的几何形状有助于均匀分散受力。这种排列方式类似于鸡蛋,蛋液可以在蛋壳内轻轻晃动。从上方按压,“锁扣”当中的层状微结构在受力时发生分层,这也能吸收部分能量,避免“锁扣”发生断裂。

 铁定甲虫外骨骼结构

这些特性为工程师提供了新的灵感:我们可以复制铁定甲虫的结构工程应用到航空、建筑领域甚至是防弹衣、防护装备的制造中去。

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