甲壳虫机械增压原理（恶魔般的铁甲虫几乎坚不可摧）

这种恶魔般的铁甲虫几乎坚不可摧，汽车压过去都毫发无损，科学家一直想搞明白这是为什么？ 这种甲虫的外骨骼是动物界中最坚硬的骨骼之一。

周三发表在《自然》杂志上的一项研究中，研究人员揭示了恶魔铁甲虫惊人的抗压性的秘密，并展示了新的超韧性材料如何利用甲虫的生物学特性。

铁甲虫

这甲虫一眼看上去就令人印象深刻：一个灰暗、凹凸不平的外骨骼，看上去有点像烧焦的岩石。但是，隐藏在这个简单外壳之下的是一个进化的结构奇迹。许多种类的甲虫都可以飞翔，并且其翅膀被包裹在甲壳中。飞行是甲虫的一种很好的防御机制，可以逃脱捕猎者的捕食，但恶魔甲虫并没有翅膀，仅仅依靠其外骨骼来保护自己的安全。

加州大学欧文分校材料科学与工程学教授，该研究的合著者戴维·基塞卢斯（David Kisailus）表示：“铁甲虫是陆生甲虫，因此它并不轻快，而更像是一个小坦克。”。这种甲虫的外骨骼非常坚硬，甚至给希望展示它们的昆虫学家制造了一个难题，因为很难在铁甲上穿针。 为了研究这些“微型坦克”，研究小组的成员耶稣·里维拉（Jesus Rivera）捕获了甲虫并将其带回实验室。首先，研究人员发现甲虫的外骨骼可以承受约150牛顿的压力，是其体重的39,000倍。其他三种陆生甲虫的强韧度只有其一半。

但为什么这个特殊的外骨骼如此强大？研究小组使用一种名为微型计算机断层扫描的3D成像技术对甲虫进行观察，该技术就像整个生物体的X射线一样，把注意力从外壳转移到了鞘翅上。

这种铁甲虫拥有鞘翅显得不同寻常。毕竟，这是种不会飞的陆地甲虫。但是它是从甲虫进化而来的，甲虫曾经可能有过这种能力，鞘翅对它的外骨骼强度至关重要。两根鞘翅以最奇特的方式融合在了一起，形成了一条蜿蜒旋转的结合线。

铁甲虫鞘翅

研究人员将其形容为两块相互连接在一起的拼图。两个零件锁定在一起，可能其弱点就在拼图块的“颈部”。但是在高倍显微镜下研究结合线并使用计算机模拟，研究小组并未发现任何强度问题。结合线完全能够承受住压力，并将应力转移到整个区域，而不是在中间裂开。这对铁甲虫非常重要，因为这是保护甲虫的脖子的部位。

此外，铁甲虫鞘翅的化学成分与其他飞甲虫的化学成分也略有不同，似乎含有更高密度的蛋白质，这也可以增加甲壳的韧性。

研究人员对其进行了进一步研究，并研究了如何利用这种外骨骼几何形状开发出更坚硬的材料。他们吸取了铁甲虫的结合线中汲取经验，并制作了一些碳纤维拼图碎片来测试实际应用中的机械强度——航空航天工程中使用的紧固件。模仿铁甲虫的拼图碎片结构的固件表现最好。

普渡大学的土木工程师巴勃罗·扎瓦蒂耶里Pablo Zavattieri说：“这项研究表明，我们可以通过断裂能量分散的原理，使用的坚硬但易碎的材料，转变为既坚固又坚韧的材料。