Бронированный дьявольский жук, может выдержать больше ударов, раздавливаний и проколов, чем экзоскелет любого другого вида жуков. Группа ученых изучила его броню с целью усовершенствования конструкции инженерных сооружений.
Многие виды жуков используют способность летать, чтобы уклоняться от хищников, но другие были вынуждены разработать механизмы защиты, чтобы защитить себя.
Это частный случай семейства Зофериды, известного как «бронированный», главная сила которого заключается в твердости его экзоскелета. В этом семействе наземных насекомых был проанализирован и изучен один из самых устойчивых, бронированный дьявольский жук, с целью улучшения знаний, применяемых в строительстве и инженерии, особенно в воздухоплавании.
«Соединение разнородных материалов в инженерных конструкциях, таких как пластмассы и металлы, по-прежнему является проблемой», - говорят ученые из Калифорнийского университета в Ирвине (США) и ведущим автором исследования.
«Механическое крепление, обычная сварка и клеевое соединение - вот некоторые примеры методов, которые используются сегодня, но каждый из этих методов представляет собой ряд проблем, таких как образование концентраторов напряжений или ухудшение характеристик под воздействием окружающей среды, уменьшение силы и причинение преждевременный выход из строя», - констатируют исследователи
Невозможно раздавить насекомое
Этот вид жуков , обитающих на западном побережье Северной Америки , привлек внимание этой группы ученых из-за высокой устойчивости его экзоскелета . По их словам, «этот жук обладает замечательной способностью противостоять раздавливанию и перфорации от атак хищников и даже противостоять ударам автомобилей».
Тело этого жука может выдержать без разрушения максимальное давление в 169 ньютонов, что в 39000 раз больше его массы тела.
Исследователи отмечают, что причина того, что некоторые виды развили такое твердое тело, кроется в эволюции их летающих предков, потерявших маневренность, в обмен на получение более прочного и многофункционального экзоскелета, который позволил бы им как лучше хранить воду, так и защищать себя от хищники.
Эта модификация была произведена путем слияния и уплотнения их надкрылий, каждое из жестких крыльев, которые покрывают самые легкие крылья этого типа насекомых, как футляр, например, красный «панцирь» божьих коровок.
Чтобы выжить, жук прибегает, в первую очередь, к камуфляжу, который придает ему грубый вид по отношению к его естественной среде, такой как древесина твердых пород и кора хвойных пород, где он притворяется мертвым при обнаружении угрозы.
Когда план А терпит неудачу, прочность его экзоскелета оказывается между насекомым и его добычей. Как ученые смогли проверить при сжатии насекомого, его тело может выдержать максимальное давление в 169 ньютонов без трещин , что в 39 000 раз превышает массу тела и значительно превышает силу, которую взрослый человек может создать, нажав большим и указательным пальцами вместе ".
Команда сравнила это сопротивление с сопротивлением других видов жуков с аналогичным хищничеством, таких как пустынный железный жук, который «проявлял первоначальную жесткость, подобную дьявольсому броненосному жуку , но ломался примерно в 50% случаев, что предполагает вариацию в составе или конструктивных характеристиках экзоскелета», - объясняют они в исследовании.
Из чего сделан его экзоскелет?
Затем ученые обратились к передовым методам микроскопии , спектроскопии и механических испытаний , чтобы изучить состав и конструкцию экзоскелета. Рассекая насекомых, авторы наблюдали серию взаимосвязанных головоломок в середине надкрылий.
Они также обнаружили, что геометрия этих листьев и их слоистая микроструктура - это то, что обеспечивает этому жуку упрочнение его экзоскелета.
«Чтобы проверить потенциальные преимущества применения этой конструкции на механическом крючке, мы создали серию биомиметических соединений на основе решений, уже разрешенных природой, с аналогичной геометрией и микроструктурой», - указывают исследователи.
Эти крючки или соединители будут аналогичны тем, которые можно найти в газотурбинных двигателях или в некоторых принадлежностях шасси, согласно примерам, приведенным в работе.
«Последующая оценка показала, что композитные лезвия, имитирующие дьявольского бронированного жука, немного прочнее, чем нынешние крючки, используемые в технике, и демонстрируют увеличение более чем 100% рассеивания энергии во время движения», - рассказывают ученые
Эксперты приходят к выводу, что «биомиметические соединения, изготовленные для имитации геометрии и микроструктуры дьявольского бронированного жука, демонстрируют немедленное преимущество перед авиационными крюками, обеспечивая им большую прочность и существенное увеличение сопротивления».
Не забывайте поставить палец вверх и подписаться на канал, чтобы не пропустить новые интересные публикации!