David Kisailus / UCI
Американські дослідники з’ясували особливості будови жука-броненосця Phloeodes diabolicus, який здатний вижити під колесами автомобіля. Унікальну міцність комасі надає особливе з’єднання надкрил, що сприяє ефективному розсіюванню навантаження по всьому тілу, пишуть науковці в журналі Nature.
Що за унікальний жук?
Тисячі винахідників у всьому світі працюють над розробленням надміцних матеріалів. Зважаючи на результати останніх досліджень, таким інженерам слід черпати натхнення зі світу живої природи. Взяти хоча б жуків-броненосців Phloeodes diabolicus, які настільки витривалі, що їх можна без шкоди переїхати автомобілем. Ці нездатні до польоту комахи розміром до сантиметра населяють захід Сполучених Штатів, де живуть під корою дерев та харчуються грибами, що там зростають. Вчені з Університету Перью вирішили дослідити особливий екзоскелет жука-броненосця, що дає йому таку перевагу.
Як вивчали витривалість жука?
Спочатку науковці перевірили міцність екзоскелета комахи під тиском сталевої пластини. А потім порівняли значення з іншими жуками того ж регіону, що мають подібних природних ворогів та стратегію оборони у вигляді прикидання мертвим, як Phloeodes diabolicus. Виявилося, що P. diabolicus витримує аж 149 Ньютонів, що в 39 тисяч разів більше за його власну вагу, водночас схожі на нього жуки понад 68 Ньютонів не переживають.
А щоб з’ясувати причини унікальної міцності, дослідники ретельно вивчили структуру екзоскелета за допомогою спектроскопії, сканувальної електронної мікроскопії та комп’ютерного сканування. Крім цього, вони провели комп’ютерне моделювання та використали 3D-надруковані моделі для перевірки своїх гіпотез.
Purdue Engineering / Youtube
То у чому секрет міцності комахи?
Вся суть в особливій будові надкрил - жорстких пластинках, які в комах захищають крила. Але через те, що жук-броненосець P. diabolicus не літає, його надкрила ще більше ущільнилися та зчепилися разом у структуру, схожу на два з’єднані фрагменти пазлу. Така будова запобігає витисканню надкрил зі свого місця при сильних навантаженнях. Крім того, ця структура є розшарованою, що сприяє менш грубій деформації екзоскелета. У купі ці механізми ефективно розсіюють енергію та захищають одне із найвразливіших місць екзоскелета - шию.
Результати науковців мають і практичне застосування. Натхненні покривами жука-броненосця, вони створили вуглецеве волокно, яке виявилося настільки ж міцним, як аерокосмічні кріплення, але значно жорсткішим.