恶魔般的Ironclad甲虫:昆虫的设计秘密,可以在汽车碾过

恶魔铁Ironclad甲虫

南加州南部的土沙漠栖息地,恶魔般的Ironclad甲虫有一个外骨骼,这是动物王国中已知的最艰难,最抗抗性的结构之一。UCI研究人员带来了一个项目,研究负责使这些生物如此坚不可摧的组件和架构。信用:David Kisailus / UCI

乘车跑过的不是恶魔般铁甲虫的近死经验。

甲虫的幸存者如何激发新材料的开发,具有相同的静脉韧性,工程师在今天(星期三,2020年10月21日)发表的文件中自然

研究人员说,这些材料像纸夹一样僵硬但像纸夹一样,使机械如飞机燃气轮机更安全,更持久。

The study, led by engineers at the University of California, Irvine (UCI) and Purdue University, found that the diabolical ironclad beetle’s super-toughness lies in its two armorlike “elytron” that meet at a line, called a suture, running the length of the abdomen.

在飞甲虫中,Elytra保护翅膀并促进飞行。但是恶魔般的铁甲虫没有翅膀。相反,Elytra和连接缝合线有助于在整个身体中更均匀地分配施加的力。

“缝合物种像拼图一样的行为。它连接各种外壳叶片 - 拼图 - 在鞘翅上的腹部,“Pablo Zavattieri,Puldue的Jerry M.和Lynda T. Engelhardt土木工程教授说。

Zavattieri表示,这种拼图以几种不同的方式拯救了几种不同的方式,这取决于所施加的力量。此视频解释了这些调查结果:


恶魔般的Ironclad甲虫如此艰难,它可以在申请〜100牛顿的武力的汽车碾过。来自普渡大学的工程师和UC-Irvine合作解锁甲壳虫的秘密。信贷:普渡大学/艾琳·东装饰

为了发现这些策略,由UCI教授David Kisailus领导的团队首先测试了甲虫的外骨骼的极限,并通过看CT扫描来表征各种结构部件。

采用压缩钢板,UCI研究人员发现,野生植物甲虫可以采用约150牛顿的施加力 - 在外骨骼开始骨折之前,至少39,000倍的负荷。

研究人员估计,这比声音更令人印象深刻的声音:汽车轮胎将施加大约100名牛顿的力量,如果在泥土上跑过甲虫,那么研究人员估计。其他陆地甲虫的团队测试甚至无法处理恶魔般的Ironclad可以承受的一半力量。

Zavattiili的实验室随访了这些实验,具有广泛的计算机模拟和3D印刷模型,孤立某些结构,以更好地了解他们在节省甲虫的生活中的作用。

所有这些研究都结合了揭示了,当在诸如汽车轮胎的压缩载荷下时,恶魔般的Ironclad甲虫的拼图式缝合线提供两条防线。

恶魔般的Ironclad甲虫刀片

恶魔般的Ironclad甲虫在其腹部具有难题碎片,“分解”以防止甲虫的外骨骼在巨大的力下突然失败。Purdue研究人员使用刀片的3D印刷版本模拟了这种机制。信用:普渡大学/ Maryam Hosseini和Pablo Zavattieri

首先,将互连刀片锁定以防止自身拉出像拼图件的缝合线。其次,缝合线和叶片分层,这导致更加优雅的变形,从而减轻外骨骼的灾难性失败。每个策略都消散了能量来规避颈部的致命影响,甲壳虫的外骨骼最有可能破裂。

即使将最大力施加到甲虫的外骨架,分层也允许互连叶片更轻微地从缝合线中拉出。如果刀片互锁过多或太少,则能突然释放能量会导致甲虫的颈部捕捉。

目前尚不清楚,如果恶魔般的Ironclad甲虫有一种方法在幸存上幸存下来“事故”之后。但了解这些策略可能已经解决了各种机械的疲劳问题。

“积极的工程挑战正在加入不同的材料,而不限制他们支持负载的能力。博纳尔的铁艺甲虫有策略来规避这些限制,“德克萨斯大学德克萨斯大学助理教授David Restrepo表示,在San Antonio曾在这个项目中作为Zavattieri集团的博士后研究员工作。

在飞机的燃气轮机中,例如,金属和复合材料与机械紧固件连接在一起。该紧固件增加了重量并引入可能导致骨折和腐蚀的应力。

“这些紧固件最终降低了系统的性能,并且需要经常更换。但是,恶魔般的Ironclad甲虫的界面缝合线提供了一种强大而更可预测的失败,可以帮助解决这些问题,“Maryam Hosseini说,他们在这个项目上作为PH.D。Zavattiili集团的学生和博士后研究员。Hosseini现在是Procter&Gamble Corp.的工程经理

UCI研究人员建造了一种模仿野生纤维的碳纤维复合材料紧固件,模仿一只恶魔般的Ironclad Beetle的缝合线。Purdue研究人员通过装载测试发现,这款紧固件与标准航空航天紧固件一样强大,但显着更加强硬。

“这项工作表明,我们可能能够将强大的脆性材料从使用强大的脆性材料转移到那些通过损坏能量而既有强大而艰难的。“这就是本质所使能遗产的甲虫能够做到,”Zavattiili说。

参考文献:“野生Ironclad甲虫的Elytra的增韧机制”由耶稣Rivera,Maryam Sadat Hosseini,David Restrepo,Satoshi Murata,Drago Vasile,Dirworth Y.Parkinson,Harold S. Barnard,Atsushi Arakaki,Pablo Zavattieri和David Kisailus,20月21日,自然
DOI:10.1038 / s41586-020-2813-8

该研究通过多大学研究倡议(奖励号码FA9550-15-1-0009),本研究由科学研究和陆军研究办公室的金融办公室提供资金。该研究使用了高级光源的资源,U.S.Oce of Science Unitional of Science Unitional of Scient Scient of Scient Scient Scient of Scient Scient Scient。

2评论在“恶魔般的Ironclad甲虫:可以生存在汽车碾过的昆虫的设计秘密”

  1. 迷人。

    当两架飞机在9/11飞进世界贸易中心时,这是令人恐惧的,并想知道为什么无法制定建筑材料,这对这种外力更具抵抗力。此外,这种材料如果它们可以在工业规模上生产并用于土木工程可以抵御耳部和其他天然患病者。

    可能性是无休止的(包括医疗手术?)。然而,想知道为什么甲虫被命名为“恶魔”。材料的存活率在其上施加的大型力量MMAY改变淫乱化的未来,并影响所有经济活动领域,希望能够更好。

  2. Kamir Bouchareb St.|10月22日,2020年3:03 AM|回复

    非常好

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