他们称之为铁布甲并非浪得虚名：Phloeodes diabolicus，一种原产于北美西部的坚固昆虫，具有近乎超自然的能力来抵抗压缩和钝器撞击。现在，3D扫描显示，其互锁鞘翅中的分层结构使这种甲虫的硬度是其某些近亲的两倍——并且可以启发工程师创造更耐用的设计。
人们认为Phloeodes diabolicus的韧性在甲虫中是独一无二的。伦敦自然历史博物馆的高级馆长、昆虫学家马克斯·巴克莱说，这种2.5厘米长的昆虫以难以钉在展板上而闻名于收藏家：当针插入其外骨骼时，针往往会弯曲。他说，与典型甲虫的几周或几个月相比，这种生物大约两年的寿命“可能证明了对保护进行如此极端的投资是合理的”。
大多数甲虫使用它们的后翅飞行，后翅由一对硬化的鞘翅保护——鞘翅是其他昆虫前翅的变体。然而，P. diabolicus不会飞行，并且它的鞘翅已经永久锁定在一起，作为对干燥环境的一种适应。“它进化成为一种保持水分的策略，”巴克莱说。
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为了了解是什么让铁布甲如此坚韧，加州大学欧文分校的材料科学家大卫·基赛勒斯和他的合作者使用各种技术对这种生物进行了成像，包括使用X射线同步加速器的微型计算机断层扫描，X射线同步加速器是一种产生明亮X射线能量束的粒子加速器。团队成员，加州大学河滨分校的材料科学家耶稣·里维拉，安装了一种装置，可以在扫描仪内旋转昆虫的身体，同时对其施加不同程度的压缩。
他们于10月22日发表在《自然》杂志上的研究表明，甲虫的鞘翅如何像3D拼图一样相互锁定并锁定在昆虫的腹部，从而能够承受压力。研究人员惊讶地发现，当压力接近断裂点时，拼图块的互锁部分能够像洋葱一样脱落层，而不是被撕掉。“你可能会认为，如果你把这样的碎片分开拉开，它们会在颈部区域断裂，”基赛勒斯说。这使得鞘翅能够在不损害其整体结构完整性的情况下承受一些损坏。
然后，该团队3D打印了类似的分层结构，发现它们的抗拉强度是工程师常用的一种接头的两倍。基赛勒斯说，受这些甲虫启发的设计可能在连接具有不同特性的材料时特别有用——例如，航空航天工程中使用的金属和碳基材料。
本文经许可转载，并于2020年10月21日首次发表。