Diaboliczne pancerne chrząszcze są prawie niezniszczalne – możesz je uderzyć, nadepnąć lub rozjechać samochodem, a odbiegną niezgniecione.
Teraz naukowcy wiedzą, dlaczego zewnętrzne skrzydła tych chrząszczy, znane jako elytra, są tak wytrzymałe – składają się z serii płynnie zazębiających się części puzzli; geometria i konstrukcja wewnętrzna tej „wyrzynarki” zwiększają wytrzymałość zbroi chrząszcza.
Żelazne chrząszcze (Diabeł Phloeodes) mają od 15 do 25 milimetrów długości i występują w siedliskach leśnych w zachodniej części Ameryki Północnej, gdzie żyją pod korą drzew. Chociaż ich przodkowie potrafili latać, pancerne chrząszcze już dawno straciły zdolność latania, a ich elytra są ze sobą zespolone, tworząc odporną na zgniatanie tarczę.
Związane z: Poznaj chrząszcze: oszałamiające okazy muzealne z Londynu
Entomolodzy zbyt dobrze znają trudność tych barier. Wysiłki mające na celu przypięcie okazy pancernika żelaznego do montażu, ekspozycji i przechowywania często kończą się niepowodzeniem owada i stosem wygiętych stalowych szpilek, napisali naukowcy w swoim nowym badaniu, opublikowanym dzisiaj online (21 października) w czasopiśmie Natura.
Naukowcy przeprowadzili testy kompresji na chrząszczach, aby zobaczyć, jaką siłę te tarcze mogą wytrzymać, zanim pękną. Odkryli, że „żelazne” chrząszcze mogą wytrzymywać ciągłe siły dochodzące do 149 niutonów, czyli 33 funtów. (15 kilogramów). Według badań było to około 39 000 razy więcej niż masa ciała chrząszczy i ponad dwa razy więcej siły niż inne gatunki chrząszczy lądowych.
Jigsaw łączy
Analiza mikroskopowa przekrojów egzoszkieletu wykazała boczne struktury podporowe, które usztywniły niektóre części elytry niż inne, aby równomiernie rozłożyć ciężar na grzbiecie chrząszcza i chronić jego organy. Dalsze wzmocnienie pochodziło ze szwu, w którym elytra stopiła się razem.
U latających krewnych pancernika elytra łączą się w „pióro i wpust”, umożliwiając im płynne otwieranie, zamykanie i zwalnianie dolnych skrzydeł do lotu – poinformowali naukowcy. Ale u pancernych chrząszczy zespolone elytry pasują do siebie jak kawałki układanki wzdłuż brzucha owada. Wystające części tych zazębiających się elementów, zwane ostrzami, również rozkładają naprężenia na egzoszkielet, zapobiegając jego pękaniu.
Kiedy naukowcy wydrukowali próbki w 3D, aby przetestować wytrzymałość połączeń wyrzynarki, odkryli, że szwy z pięcioma ostrzami są najsztywniejsze i mogą przenosić większe obciążenia. Naukowcy wykryli również warstwowe mikrostruktury w przekrojach poprzecznych ostrzy, które dodatkowo odwracały naprężenia z dala od najbardziej wrażliwych części, chroniąc wąskie „szyjki” zazębiających się elementów puzzli przed pęknięciami i faktycznie powodując, że kawałki blokują się ze sobą bardziej bezpiecznie.
Ujawnienie architektury biologicznej, która sprawia, że egzoszkielety pancerne chrząszczy są prawie niezniszczalne, może pomóc inżynierom w projektowaniu struktur bardziej odpornych na uderzenia, a naukowcy przetestowali to na podstawie własnych projektów wydrukowanych w 3D.
„Pokazujemy to, tworząc splecione szwy z kompozytów biomimetycznych, które wykazują znaczny wzrost wytrzymałości w porównaniu z często stosowanym złączem inżynieryjnym” – napisali naukowcy w badaniu.
Pierwotnie opublikowane w Live Science.
