他們稱之為鐵布甲並非浪得虛名：Phloeodes diabolicus，一種原產於北美西部的堅固昆蟲，具有近乎超自然的能力來抵抗壓縮和鈍器撞擊。現在，3D掃描顯示，其互鎖鞘翅中的分層結構使這種甲蟲的硬度是其某些近親的兩倍——並且可以啟發工程師創造更耐用的設計。
人們認為Phloeodes diabolicus的韌性在甲蟲中是獨一無二的。倫敦自然歷史博物館的高階館長、昆蟲學家馬克斯·巴克萊說，這種2.5釐米長的昆蟲以難以釘在展板上而聞名於收藏家：當針插入其外骨骼時，針往往會彎曲。他說，與典型甲蟲的幾周或幾個月相比，這種生物大約兩年的壽命“可能證明了對保護進行如此極端的投資是合理的”。
大多數甲蟲使用它們的後翅飛行，後翅由一對硬化的鞘翅保護——鞘翅是其他昆蟲前翅的變體。然而，P. diabolicus不會飛行，並且它的鞘翅已經永久鎖定在一起，作為對乾燥環境的一種適應。“它進化成為一種保持水分的策略，”巴克萊說。
支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
為了瞭解是什麼讓鐵布甲如此堅韌，加州大學歐文分校的材料科學家大衛·基賽勒斯和他的合作者使用各種技術對這種生物進行了成像，包括使用X射線同步加速器的微型計算機斷層掃描，X射線同步加速器是一種產生明亮X射線能量束的粒子加速器。團隊成員，加州大學河濱分校的材料科學家耶穌·里維拉，安裝了一種裝置，可以在掃描器內旋轉昆蟲的身體，同時對其施加不同程度的壓縮。
他們於10月22日發表在《自然》雜誌上的研究表明，甲蟲的鞘翅如何像3D拼圖一樣相互鎖定並鎖定在昆蟲的腹部，從而能夠承受壓力。研究人員驚訝地發現，當壓力接近斷裂點時，拼圖塊的互鎖部分能夠像洋蔥一樣脫落層，而不是被撕掉。“你可能會認為，如果你把這樣的碎片分開拉開，它們會在頸部區域斷裂，”基賽勒斯說。這使得鞘翅能夠在不損害其整體結構完整性的情況下承受一些損壞。
然後，該團隊3D列印了類似的分層結構，發現它們的抗拉強度是工程師常用的一種接頭的兩倍。基賽勒斯說，受這些甲蟲啟發的設計可能在連線具有不同特性的材料時特別有用——例如，航空航天工程中使用的金屬和碳基材料。
本文經許可轉載，並於2020年10月21日首次發表。