鐵定甲蟲外骨骼超級堅硬之謎破譯

在航空、建築、機械領域有重要應用價值

科技日報北京10月21日電 （記者張夢然）你能承受相當於自己體重4萬倍的壓力嗎？英國《自然》雜誌21日公開了一項仿生學及機械學重要研究，美國科學家團隊揭開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堅硬之謎，對這種機械連鎖和堅韌性的破譯，將結合到成功結構中，在人類航空、建築和機械領域具有重要應用價值。

“汽車也壓不死”，説的就是鐵定甲蟲。這是一種棲息在橡樹上的物種，主要發現於北美西海岸。這種昆蟲不具備飛離險境的能力，但它們長有超級抗擠壓的外骨骼前翅（稱為鞘翅），也就是説，這種昆蟲能經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後在上面轉圈，抬開腳後它依然無損，甚至被汽車碾過都能安然無恙。這種自然界的神奇力量，對於想要用標準鋼絲針將它們固定在展示盒中的昆蟲學家來説，構成了不小的挑戰。

此次，美國加州大學爾灣分校科學家戴維·奇塞盧斯及其同事，報告了這種獨特鞘翅的結構特徵和物質組成，它們能讓鐵定甲蟲承受最大149牛頓的力（約為其體重的3.9萬倍）。研究團隊利用最先進的顯微鏡、光譜技術和機械測試，在鞘翅中央觀察到了一連串形似拼圖的連鎖關節。研究團隊發現，正是這些關節的幾何結構以及它們的層狀微結構，讓鐵定甲蟲的外骨骼實現了極其出色的機械連鎖和堅韌性。

為了測試這種幾何結構作為強硬機械緊固件、連接不同材質（如塑料和金屬）的潛力，譬如航空航天業對渦輪固件（航空發動機的核心部件之一，可將燃燒室噴出的高温高壓熱能轉變為渦輪軸上的機械能，以帶動其他附件）的需求，研究人員利用模擬這種結構的金屬複合材料，製作了一系列接頭。他們發現，與常用的工程接頭相比，依據這一幾何結構設計的接頭強度更大、韌度也顯著增強。

總編輯圈點

大自然的設計，往往鬼斧神工。人類也總是能從自然中獲得一些奇妙靈感。我們需要高堅韌度的材料，用各種先進的材料技術，發掘和改造自然界的化學元素。但是，那些不起眼的小蟲子，卻自帶堅硬的外骨骼前翅，不費吹灰之力，就有了人類夢寐以求的鎧甲。不過，學習複雜技術，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，它結構的秘密就此展現。人類破譯自然界給動物的天賦密碼，從而為更多高精尖設備的研製提供了獨特思路。