铁钢装甲虫「甲壳虫的危害」

据英国《都市报》10月22日报道，由加州大学欧文分校(UCI)和普渡大学的工程师领导的一项新的研究发现，一种栖息在橡树上的甲虫拥有“坚不可摧”的外壳，即使被汽车碾压过也能存活。

据了解，这种昆虫主要发现于北美西海岸，它没有飞离危险的能力，但它的前翅外骨骼非常坚硬，可以承受捕食者的碾压和刺穿攻击。研究人员表示，这种强度也给昆虫学家提出了挑战，他们无法用标准的钢钉把甲虫固定在陈列柜里。

据研究人员介绍，这种甲虫的力量来自于它的两个装甲状的鞘翼，它们在腹部的一条线上交汇，这条线被称为缝合线。普渡大学土木工程系教授Pablo Zavattieri说:“缝合就像拼图一样，它连接了腹内鞘翅下的各种外骨骼叶片。”研究小组经过测试发现，这种甲虫可以承受大约150N的外力，至少是它自身重量的3.9万倍。

研究人员还表示，这种甲虫在巨大的挤压力下生存的能力和它独特的身体构造，有可能启发建筑和工程领域的应用。（中国青年网编译报道）

声明：转载此文是出于传递更多信息之目的。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请作者持权属证明与本网联系，我们将及时更正、删除，谢谢。

来源： 中国青年网

汽车也压不死，用电钻才能穿透，这种甲虫外壳为什么如此坚硬？

人类如果承受自己体重4万倍的压力会怎么样，答案是会变成一滩肉泥，普通人类最多只能承受自己体重五倍的重量。

但是在自然界，还真的存在能承受4万倍重量的生物，那就是铁定甲虫，这是一种栖息在橡树上的物种，主要发现于北美西海岸。身长约 2 厘米，像一个小型坦克，这种昆虫不具备飞离险境的能力，长得既不轻巧，爬得也不是很快，但它们长有超级抗挤压的外骨骼前翅（称为鞘翅），也就是说，这种昆虫能经受住捕食者的任何挤压和尖刺攻击。

铁定甲虫的外骨骼是动物界最坚硬的外骨骼之一，甚至能经受住被汽车的碾压，植物学家制作铁定甲虫的标本，甚至需要动用电钻才能穿透。

这种甲虫能承受多大的重量呢？来自美国和日本的科学家团队实测了铁锭甲虫的抗压能力 。科学家们将铁锭甲虫放在两钢板之间，慢慢加压，发现加上的力达到自身体重近4万倍（150N，约是超市里售卖的3袋大米的重量）时，才会把铁锭甲虫压垮。

一直以来，科学家都不清楚为什么铁定甲虫外壳如此坚硬，美国加州大学尔湾分校的David Kisailus研究小组利用先进的显微镜、光谱技术和机械测试，作者在连接铁定甲虫两部分鞘翅内侧缝（medial suture）观察到了一连串形似拼图的联锁关节，可能的失效点就在拼图的“联锁”处。

但在高倍显微镜下研究联锁关节，并使用计算机模拟，团队没有看到任何灾难性的失败。联锁关节似乎能将应力传递到整个区域，而不是裂开。对于可飞行的甲虫，鞘翅可以通过张开和闭合保护翅膀免受细菌、干燥和其他伤害，而铁定甲虫的鞘翅已进化成坚固的保护性盔甲。

作者发现，这些关节的几何结构以及它们的层状微结构让铁定甲虫的外骨骼实现了极其出色的机械联锁和坚韧性。

Rivera 等人在进一步的显微镜观察中发现， 铁定甲虫的外壳不仅具有强力抗压能力，而且还具备“变形”的能力，也就是相当于人类的缩骨功，让铁定甲虫可以挤进岩石或树皮的缝隙中，寻找食物或者躲避天敌。

铁定甲虫的抗压和变形能力主要依靠三种不同的侧向支撑类型，根据界面的几何形状，可以分为交织型（interdigitated）、闭锁型（latching）和独立型（free-standing） 。

定甲虫的关节和支撑结构

交织型结构可以为铁定甲虫的外骨骼提供最大的强度和耐用性；而闭锁型和独立型结构则可以使铁定甲虫的外骨骼实现“变形”。

而这次发现将促进人类航空、建筑和机械领域的大发展，为了测试这种几何结构作为强硬机械紧固件、连接不同材质（如塑料和金属）的潜力，研究人员利用模拟这种结构的金属复合材料，制作了一系列接头。他们发现，与常用的工程接头相比，依据这一几何结构设计的接头强度更大、韧度也显著增强。

研究小组还用碳纤维增强塑料模拟了铁定甲虫鞘翅内侧缝联锁关节，通过将仿生复合材料加到一个铝接头上并进行机械测试，发现与标准航空航天紧固件相比，这种结构在结合不同材料方面存在明显任何优势，这也意味着人类可以通过铁定甲虫结构将飞机的各个部件融合在一起，舍弃传统的铆钉和紧固件，因为这些零部件所在的位置往往是应力薄弱点，这将大大增强飞机的可靠性。

这种结构紧固材料与部件还能降低机械总重量。如卫星每减1kg结构质量，可使火箭和推进剂减轻500千克。对于商用飞机、战斗机和卫星或空间站等飞行器, 每减少500克的结构重量，能带来的经济效益分别约为300、3000和30000美元。

除此之外，铁定甲虫的侧向支撑方式可为可压缩机器人（可以挤进狭小的空间并在里面移动，用于在灾难发生后搜寻倒塌建筑物中的幸存者）或装甲车的设计灵感。

可以说，自然界真的充满了无穷奥秘，等待着人类去探索。

地球上最硬的昆虫是什么呢？

法国昆虫学家法布尔最有名的一部著作叫《昆虫记》，相信很多朋友小时候都读过这本书。这本书以通俗易懂的语言向读者展示了一个丰富多彩的昆虫世界，对于孩童来说更是得到了接触自然界的一个机会。现实世界中的昆虫比《昆虫记》所描述的世界还要精彩许多，因为这本书里并未囊括所有奇特的昆虫，铁定甲虫就是其中一种。

根据报道，近期国际著名期刊《自然》刊登了一篇来自美国加州大学河滨分校的研究论文，该论文指出河滨分校的博士生和教授通过研究发现了铁定甲虫异常坚硬的秘诀。在北美洲西海岸，铁定甲虫被认为是最坚硬的昆虫，它不仅能够承受住捕食者的挤压，甚至还能够扛得住路人的踩踏，那么它是怎么做到如此坚硬的呢？

铁定甲虫是一种什么样的昆虫？

在了解该研究之前，让我们先来了解一下铁定甲虫。对于我们来说，这是一种陌生的昆虫，因为它们只分布在美洲地区，北美洲比较多。铁定甲虫的外表看起来像是一块粗糙的石头，实际上它还真是“坚如磐石”。和蟑螂、甲虫等带壳昆虫不同的是，就算一脚踩在铁定甲虫的甲壳上，它也不会一命呜呼，这得益于它特殊的甲壳结构。

研究表明，铁定甲虫一般生活在树洞中，它们并不会飞行，但是十分擅长“装死”。曾有昆虫学家发现一只铁定甲虫被捕食者逮到后，它并没有挣脱和反抗，而是一动也不动地趴着。由于有坚硬的甲壳做保护，捕食者也拿它没有办法，最后只能放弃美食，铁定甲虫就是靠这一招存活，而且屡试不爽。它之所以屡次存活，很大原因在于它坚硬的甲壳。

为什么铁定甲虫如此坚固？

根据论文介绍，研究人员通过显微镜观察、力学测试和计算机模拟的方法揭开了铁定甲虫的坚硬之谜。研究人员将铁定甲虫的骨骼放在显微镜下进行研究，发现它的外骨骼各部分以三种方式结合在一起，分别是交叉式、锁式和独立式。其中交叉式主要出现在关节上，它让关节变得更加坚硬和结实。独立式和锁式则使得甲虫的外骨骼具有一定的韧性。

这三种不同的方式在铁定甲虫骨骼上的结合就像是拼成了一幅拼图，让铁定甲虫的甲壳十分坚硬的同时又具有一定的可变形性。在力学测试中，研究人员发现铁定甲虫能够承受最多149牛顿的力，这将近是它自身体重的4万倍左右，自然界中应该没有第二种昆虫的甲壳拥有如此坚硬的特性。