Вы не можете раздавить этого «железного» жука. Теперь ученые знают почему.

Дьявольских броненосных жуков практически невозможно сломать - вы можете ударить их, наступить на них или переехать на машине, и они убежат целыми и невредимыми.

Теперь ученые знают, почему внешние крылья этих жуков, известные как надкрылья, такие крепкие - они состоят из ряда плавно соединяющихся частей головоломки; Геометрия и внутренняя структура этой конструкции «лобзик» увеличивают прочность панциря жука.

Жуки-броненосцы (Phloeodes diabolicus) имеют длину от 0,6 до 1 дюйма (от 15 до 25 миллиметров) и встречаются в лесных средах на западе Северной Америки, где они обитают под корой деревьев. Хотя их предки умели летать, броненосные жуки давно утратили способность летать, и их надкрылья сливаются вместе, образуя устойчивый к раздавливанию щит.

Энтомологи слишком хорошо знакомы с прочностью этих барьеров. Попытки закрепить образцы железных жуков для установки, демонстрации и хранения часто заканчиваются неизученным насекомым и грудой изогнутых стальных булавок, написали ученые в своем новом исследовании, опубликованном сегодня (21 октября) в журнале Nature.

Исследователи провели испытания на сжатие жуков, чтобы увидеть, сколько силы могут выдержать эти щиты, прежде чем они расколются. Они обнаружили, что «железные» жуки могут противостоять непрерывным силам до 149 ньютонов или 33 фунтов. (15 килограмм). Согласно исследованию, это было примерно в 39000 раз больше массы тела жуков и более чем в два раза больше, чем может выдержать другие виды наземных жуков.

Микроскопический анализ поперечных сечений экзоскелета показал, что боковые опорные структуры делают одни части надкрылий более жесткими, чем другие, для равномерного распределения веса по спине жука и защиты его органов. А дальнейшее усиление шло от стыка надкрылий.

Исследователи сообщили, что у летающих сородичей броненосного жука надкрылья соединены вместе «язычком и канавкой», что позволяет им плавно открываться, закрываться и отпускать нижние крылья для полета. Но у броненосных жуков сросшиеся надкрылья складываются вместе, как кусочки в мозаику, по длине брюшка насекомого. Выступающие части этих взаимосвязанных частей, называемые лезвиями, также распределяют напряжение по экзоскелету, предотвращая его растрескивание.

Когда исследователи напечатали на 3D-принтере образцы для проверки прочности соединений лобзика, они обнаружили, что швы с пятью лезвиями были самыми жесткими и могли выдерживать более тяжелые нагрузки. Ученые также обнаружили слоистые микроструктуры в поперечных сечениях лопастей, которые еще больше отводили напряжения от наиболее уязвимых частей, защищая узкие «шейки» взаимосвязанных частей головоломки от трещин и фактически заставляя части более надежно сцепляться.

Выявление биологической архитектуры, которая делает экзоскелеты железных жуков практически неразрушимыми, может помочь инженерам создавать более ударопрочные конструкции, и исследователи проверили это с помощью собственных разработок, напечатанных на 3D-принтере.

«Мы демонстрируем это, создавая переплетенные швы из биомиметических композитов, которые показывают значительное увеличение прочности по сравнению с часто используемым инженерным соединением», - написали ученые в своем исследовании.

Источник