美國科學家團隊揭開了鐵定甲蟲的外骨骼超級堅硬之謎

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破譯，將結合到成功結構中，在人類航空、建筑和機械領域具有重要應用價值。

“汽車也壓不死”，說的就是鐵定甲蟲。這是一種棲息在橡樹上的物種，主要發現于北美西海岸。這種昆蟲不具備飛離險境的能力，但它們長有超級抗擠壓的外骨骼前翅(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。

關鍵詞： 堅硬