汽车|「物理防御」max！汽车压不扁的 2 厘米小甲虫登上 Nature，硬核仿生学灵感来了( 二 ) |

不过这似乎还不足以解释铁锭甲虫外骨骼的优异韧性，只能说上述信息为科学家们的研究提供了一种思路。
借助先进的显微镜，科学家们通过光谱学和原位机械测试，进行了成分分析和微观结构表征。
一方面，科学家们发现其鞘翅呈椭球形，由复杂的、有层级的多个界面形成。下图中绿色字样的 cross section 是指铁锭甲虫的横截面，黄色字样 elytra 就是重点观察对象鞘翅。

本文插图

另一方面，鞘翅富含蛋白质，但不含甲壳类动物外骨骼中常有的无机矿物质，而且其外壳相比其他昆虫的外壳要厚得多。值得一提的是，这有助于其外骨骼吸收能量，但也还是不能完全解释为何其韧性如此强大。
为此，科学家们采取了一种「微计算机断层摄影成像技术」，继续观察外骨骼界面的显著特征。

本文插图

如上图，最终科学家们发现了：

鞘翅和腹侧角质层（甲虫最下方外壳）相连接处的三种不同类型（交织型 interdigitated、闭锁型 latching 和独立型 free-standing）侧向支撑；
两个鞘翅间有一个坚硬的关节，即缝合线。

由此，作者得出结论，正是坚硬的交织型支撑保护了甲虫的重要器官免受挤压，而闭锁型和独立型支撑使得外骨骼可以在特定情形下实现变形，因此铁锭甲虫可以挤进岩石或树皮的缝隙中。
小小甲虫的仿生学启发
上述特性让科学家们想到了有类似结构的小强。
曾有科研团队以小强为灵感，设计了一种可压缩机器人，这种机器人可以挤进狭小的空间，并在里面移动，因此可在灾难发生后被应用于废墟中的搜寻工作。
那么，像铁锭甲虫的鞘翅这样精巧的结构是不是也能应用于工程领域呢？
没错！
科学家们认为：
这一发现可用于发展有韧性、抗冲击、抗压的材料。
为此，科学家们利用仿生复合材料制作了一种「连锁缝合线」（interlocking sutures）。事实证明，与常用的工程接头相比，这种材料的确有着相当大的韧性。
同时，他们还模仿甲虫的外骨骼， 3D 打印了具有层压结构的锯齿形叶片，并将其与两种缺乏这种结构的叶片进行对比——结果是，受甲虫启发的叶片比其他两种叶片更加坚硬，并且还吸收了更多能量。
对于这一研究，台湾清华大学材料科学与工程系科研人员 Po-Yu Chen 进行了综合评价——这项研究主要集中在亚毫米和宏观尺度上的力学性能，并考虑了鞘翅的微结构，然而对于结构特征在鞘翅较小尺度的影响仍需通过多尺度建模和实验来探索。使用人工智能和机器学习领域的新方法可能会加速对这类层次化结构材料的研究。
无疑，对铁锭甲虫长达 5 年的细致研究，带来了很多仿生学启发。正如 Po-Yu Chen 所说的那样：
永远不要低估昆虫的能力。
引用来源：
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