加州大学欧文分校 这种邪恶的铁甲甲虫原产于南加州的沙漠栖息地，它的外骨骼是动物界中已知的最坚硬、最抗压的结构之一
UCI的研究人员领导了一个项目，研究导致这种生物如此坚不可摧的组件和架构
信用:大卫·基塞卢斯/ UCI 作为动物界中最令人敬畏的名字之一，恶魔般的铁甲甲虫是一种令人生畏的昆虫
鸟类、蜥蜴和啮齿动物经常试图以此为食，但很少成功
用汽车碾过它，这只小动物就能活下去
甲虫的生存取决于两个关键因素:它令人信服地装死的能力和外骨骼，这是已知生物世界中最坚硬、最抗挤压的结构之一
在今天发表在《自然》杂志上的一篇论文中，加州大学欧文分校和其他机构的研究人员揭示了使生物体如此坚不可摧的材料成分——以及它们的纳米和微米级蓝图，同时也展示了工程师如何从这些设计中受益
首席研究员、UCI材料科学与工程教授大卫·基赛勒斯说:“铁甲甲虫是一种陆生甲虫，因此它并不轻巧快速，但它更像一个小坦克。”
“这就是它的适应性:它不能飞走，所以它就呆在原地，让它特别设计的盔甲承受虐待，直到捕食者放弃
" 在美国的沙漠栖息地
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在西南部，这种甲虫可以在岩石下和树上找到，被挤在树皮和树干之间——这也是它需要持久外表的另一个原因
第一作者耶稣·里维拉是基塞卢斯实验室的一名研究生，他在2015年参观加州大学河滨分校著名的昆虫学博物馆时第一次了解到这些生物，当时他和基塞卢斯正在那里工作
里维拉从内陆帝国校园周围的地方收集了甲虫，并把它们带回基塞卢斯的实验室进行压缩测试，将结果与南加州的其他物种进行比较
他们发现这种邪恶的铁甲甲虫可以承受大约39000倍于其体重的力量
一个200磅的人必须承受7磅的重压
800万英镑来完成这项壮举
Rivera和Kisailus进行了一系列高分辨率显微和光谱评估，发现这种虫子的秘密在于它外骨骼的材料构成和结构，特别是它的elytra
在空中甲虫中，爱丽特拉是前翼的叶片，可以打开和关闭，以保护飞行翅膀免受细菌、干燥和其他来源的伤害
铁甲的爱丽特拉已经进化成一个坚固的保护盾
基赛勒斯和里维拉的分析表明，爱丽特拉由甲壳质层、纤维物质和蛋白质基质组成
他们与由来自东京农业科技大学的荒木直树和他的研究生村田聪领导的小组合作，研究了一种较轻的飞行甲虫外骨骼的化学成分，并将其与他们的地球实验对象进行了比较
恶魔般的铁甲甲虫的外层含有明显更高浓度的蛋白质——大约比重量多10%——研究人员认为这有助于增强鞘翅的韧性
研究小组还研究了连接爱丽特拉河两个部分的中间缝线的几何形状，发现它看起来非常像拼图玩具的互锁部分
Rivera在电子显微镜中建立了一个装置来观察这些连接在压力下是如何工作的，类似于它们在自然界中的反应
他的实验结果表明，爱丽特拉叶片内的微结构不是在这些互锁的“颈部”断裂，而是通过分层或分层断裂而消失
中间缝线的横截面是恶魔般的铁甲甲虫爱丽特拉的两半相遇的地方，显示了拼图块的结构，这是昆虫难以置信的耐久性的关键之一
信用:耶稣里维拉/ UCI “当你打碎一块拼图时，你希望它在最细的部分——脖子处分开，”基塞卢斯说
“但我们没有看到这种甲虫出现那种灾难性的分裂
取而代之的是，它分层，为结构提供了一个更优雅的失败
" Rivera的进一步显微镜检查显示，这些叶片的外表面具有一系列杆状元件，科学家认为这些杆状元件充当摩擦垫，提供抗滑动性
基塞卢斯派里维拉与劳伦斯·伯克利国家实验室的杜拉·帕金森和哈罗德·巴纳德一起工作，他们在那里进行了高分辨率的实验，利用极其强大的x光实时精确定位结构内部的变化
结果证实，在压缩过程中，缝合线——而不是在最薄的点断裂——缓慢分层，没有灾难性的失败
他们还验证了几何形状、材料成分和它们的组装对于甲虫外骨骼如此坚韧和健壮至关重要
为了进一步证实他们的实验观察，里维拉和合著者玛丽亚姆·侯赛尼和大卫·雷斯特雷波——两人都来自巴勃罗·扎瓦蒂耶里在普渡大学的实验室——使用三维打印技术创造了他们自己的相同设计的结构
他们进行的测试显示，这种布置提供了最大的强度和耐用性
普渡团队的模型表明，不仅几何形状能够实现更强的互锁，而且层压提供了更可靠的界面
基塞卢斯说，他认为铁甲甲虫的外骨骼和其他生物系统很有希望为人类带来新的物质
他的实验室一直在基于这些特性制造先进的纤维增强复合材料，他设想开发新的方法，在不使用传统铆钉和紧固件的情况下将飞机部件融合在一起，传统铆钉和紧固件各自代表结构中的一个应力点
他的团队，包括加州大学河滨分校的本科生德拉戈·瓦西里，用碳纤维增强塑料模仿了这个邪恶的铁甲甲虫外骨骼的椭圆形互锁部分
他们将他们的仿生复合材料连接到一个铝联轴器上，并进行机械测试，以确定在粘合不同材料方面是否比标准的航空紧固件有任何优势
果不其然，科学家们发现这种受甲虫启发的结构比目前的工程紧固件更坚固、更结实
“这项研究真正将生物学、物理学、力学和材料科学领域与工程应用联系起来，而这在研究中是很少见的，”基塞卢斯说
“幸运的是，这个由空军赞助的项目真的让我们能够组建这些多学科团队，帮助我们将这些点连接起来，从而实现这一重大发现
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