甲虫在地球上拥有超过35万种,在进化过程中发展出具有各种结构和物理特征的外骨骼,是新材料设计的宝库。近年来,从这些生物体中学习材料设计的仿生技术备受关注。

 由东京农业科技大学、加州大学等组成的国际研究团队采用了Phloodes diabolicus的外骨骼,它也被称为“铁甲甲虫”,因为它的外骨骼足够坚固,不会被汽车压碎. 分析揭示了以前未知的稳健性结构和机制。

 首先,当检查 P. diabolicus 外骨骼的强度时,发现它可以承受大约 39,000 倍于自身重量的负荷(是近缘甲虫的两倍多)。从观察外骨骼的破坏情况,认为构成外骨骼的层状结构在这种坚固性中起着重要作用。

 然后,当分析外骨骼的微观结构和成分时,在 P. diabolicus 中发现了在其他甲虫物种的外骨骼中仅在一对中才能看到的像拼图一样啮合的关节的不均匀结构。然后我发现两对。在外骨骼的组成中,蛋白质的比例比其他甲虫高1%左右,推测这与外骨骼的坚固性和特殊结构的形成有关。

 此外,在本研究中,利用碳片制备了一种仿生结构,模仿了存在于 P. diabolicus 外骨骼连接处的两对不平整结构,并与目前航空材料的连接方式进行了比较。即便如此,也证明了这一点。使成员能够牢固地加入。

 在进化过程中,P. diabolicus 被认为获得了具有特殊结构和组成的坚固外骨骼,而不是没有翅膀可以逃脱捕食者。本研究发现的外骨骼结构有望应用于汽车、飞机等各个领域的坚固轻量化构件设计。

纸张信息:[性质] 恶魔铁甲甲虫鞘翅的增韧机制

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