鐵定甲蟲外骨骼超級(jí)堅(jiān)硬之謎破譯
在航空、建筑、機(jī)械領(lǐng)域有重要應(yīng)用價(jià)值
科技日?qǐng)?bào)北京10月21日電 （記者張夢(mèng)然）你能承受相當(dāng)于自己體重4萬(wàn)倍的壓力嗎？英國(guó)《自然》雜志21日公開(kāi)了一項(xiàng)仿生學(xué)及機(jī)械學(xué)重要研究，美國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)揭開(kāi)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(jí)堅(jiān)硬之謎，對(duì)這種機(jī)械連鎖和堅(jiān)韌性的破譯，將結(jié)合到成功結(jié)構(gòu)中，在人類航空、建筑和機(jī)械領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。
“汽車也壓不死”，說(shuō)的就是鐵定甲蟲。這是一種棲息在橡樹(shù)上的物種，主要發(fā)現(xiàn)于北美西海岸。這種昆蟲不具備飛離險(xiǎn)境的能力，但它們長(zhǎng)有超級(jí)抗擠壓的外骨骼前翅（稱為鞘翅），也就是說(shuō)，這種昆蟲能經(jīng)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(zhuǎn)圈，抬開(kāi)腳后它依然無(wú)損，甚至被汽車碾過(guò)都能安然無(wú)恙。這種自然界的神奇力量，對(duì)于想要用標(biāo)準(zhǔn)鋼絲針將它們固定在展示盒中的昆蟲學(xué)家來(lái)說(shuō)，構(gòu)成了不小的挑戰(zhàn)。
此次，美國(guó)加州大學(xué)爾灣分?？茖W(xué)家戴維·奇塞盧斯及其同事，報(bào)告了這種獨(dú)特鞘翅的結(jié)構(gòu)特征和物質(zhì)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(wàn)倍）。研究團(tuán)隊(duì)利用最先進(jìn)的顯微鏡、光譜技術(shù)和機(jī)械測(cè)試，在鞘翅中央觀察到了一連串形似拼圖的連鎖關(guān)節(jié)。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，正是這些關(guān)節(jié)的幾何結(jié)構(gòu)以及它們的層狀微結(jié)構(gòu)，讓鐵定甲蟲的外骨骼實(shí)現(xiàn)了極其出色的機(jī)械連鎖和堅(jiān)韌性。
為了測(cè)試這種幾何結(jié)構(gòu)作為強(qiáng)硬機(jī)械緊固件、連接不同材質(zhì)（如塑料和金屬）的潛力，譬如航空航天業(yè)對(duì)渦輪固件（航空發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件之一，可將燃燒室噴出的高溫高壓熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闇u輪軸上的機(jī)械能，以帶動(dòng)其他附件）的需求，研究人員利用模擬這種結(jié)構(gòu)的金屬?gòu)?fù)合材料，制作了一系列接頭。他們發(fā)現(xiàn)，與常用的工程接頭相比，依據(jù)這一幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的接頭強(qiáng)度更大、韌度也顯著增強(qiáng)。
總編輯圈點(diǎn)
大自然的設(shè)計(jì)，往往鬼斧神工。人類也總是能從自然中獲得一些奇妙靈感。我們需要高堅(jiān)韌度的材料，用各種先進(jìn)的材料技術(shù)，發(fā)掘和改造自然界的化學(xué)元素。但是，那些不起眼的小蟲子，卻自帶堅(jiān)硬的外骨骼前翅，不費(fèi)吹灰之力，就有了人類夢(mèng)寐以求的鎧甲。不過(guò)，學(xué)習(xí)復(fù)雜技術(shù)，是人類的技能。科研人員用精密儀器研究了這種甲蟲的外骨骼，它結(jié)構(gòu)的秘密就此展現(xiàn)。人類破譯自然界給動(dòng)物的天賦密碼，從而為更多高精尖設(shè)備的研制提供
（《科技日?qǐng)?bào)》2020年10月22日第 2 版。）
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