能承受自身39000倍的重量,汽车都压不烂,这种甲虫到底有多硬?
人被汽车碾压两次,不是当场去世也得是个重伤残疾,可一个小小的甲虫,却能让钢针折断,得用电钻才能制成标本,就连小轿车也拿它没有办法。
铁锭甲虫是指铁定甲虫属的19种甲虫,而恶魔铁定甲虫则是其中最为坚硬的一种 ,如果说把其他同类铁定甲虫比作为人类的话,那么恶魔铁定甲虫就是"钢铁侠",最让科学家们惊讶的,还是恶魔铁定甲虫外壳,不包含任何特殊矿物质,全部都是由有机成分构成。
甲虫的"壳"(qiao)本质上是一种外骨骼,而这种外骨骼的主要成分就是几丁质,恶魔铁定甲虫当然也不例外。
但是按道理来讲,这种外骨骼尽管强度尚且足够,但是想要被人类踩踏而不死,基本上是不可能的,而恶魔铁定甲虫却能够抵御汽车,这一点引起了科学家们极大地好奇心,毕竟观众们想想看,如果说人类能够将这种技术或者材质,成功复刻到交通工具、建筑材料甚至是武器上,那整个人类社会不得提高一个档次啊。
为了确定到底是什么原因,让恶魔铁定甲虫拥有了刀枪不坏的功夫,加州大学的几名材料学家对恶魔铁定甲虫进行了CT扫描、显微镜观察以及三维打印模型,甚至用计算机模拟分析铁甲虫装甲,进行了成分分析和微观结构表征。
结果让科学家们大吃一惊,恶魔铁定甲虫能够承受自身39000倍的重量 ,简直就是昆虫界的"重型坦克",另外几种陆生甲虫最多也只有它一半的强韧度。这是一个什么概念?
普通人类最多只能承受自己体重五倍的重量,如果把恶魔铁定甲虫的这种能力放到人类身上的话,那就相当于一个成年人能够光靠自身皮肤强度和肌肉力量,在肩上轻松扛起两架中型客机,换算成坦克的话,可以扛起40辆美国M1式主战坦克 。
在研究过程中科学家们发现,恶魔铁定甲虫的外壳角质层中,虽然成分和其他昆虫甲壳没什么区别,都是多糖甲壳素分子与蛋白质结合形成纤维,然后这些纤维会聚集成一团扭曲的螺旋状排列,这会使角质层具有多层微观结构,在一定程度上提高坚固性和能量吸收能力。
很显然,这无法解释恶魔铁定甲虫的离谱防御力,因为通常来说,人体骨骼、贝壳等天然材料,都会具有一些特殊的机械技能,就算是建筑材料也没办法在强度和韧性等方面与天然材料相提并论。
因为这些优异的性能主要是因为"材料层次",从分子到宏观层面都有的复杂分层结构,更何况材料之间的契合结构,还会强化整体性能,这也是为什么人类近年来致力于发展层次结构复合材料。
在经过漫长研究后,加州大学科学家团队总算是揭开了这层神秘的面纱。
首先第一个原因,就是"鞘翅" 。
别人是"太怕痛所以全点了防御力",恶魔铁定甲虫则是"不会飞所以全点了防御力",对于那些会飞的昆虫而言,鞘翅虽然名字里面带有一个"翅"字,但它实际上并不参与飞行,而是全部骨化并且非常坚硬,主要是保护昆虫的后翅和后背。
恶魔铁定甲虫是一种不会飞行的地栖甲虫,但它的祖先却会飞,只不过在一代又一代的生存繁衍中,为了适应环境,导致鞘翅逐渐退化,最终变成了今天这个样子。
但是上帝关上了恶魔铁定甲虫飞行的大门,却给它开了一扇获得超强防御力的窗户。
尽管它仍然有两片鞘翅,但是退化的鞘翅沿着缝合线锁在一起,拥有了一种非常独特的"互锁"方式,这种组合方式让恶魔铁定甲虫的鞘翅,在受到外力挤压时能更平稳地变形,防止骨骼意外断裂伤害自己。
从剖面图来看,就像是两块合在一起、毫无缝隙的拼图一般,组成了一副相对于其他昆虫而言,坚不可摧的装甲。
另外第二点,最开始科学家们推测,恶魔铁定甲虫的鞘翅连接线,或许就是它的"罩门",可是在实际测试中,加州大学研究团队并没有发现任何强度问题,这种独特的鞘翅连接方式,加上强大的机械性能,使得恶魔铁定甲虫在受到外力时,应力传递非但不会导致连接线断裂,反而能均匀分摊到身体各处,进一步减少伤害,用计算机模拟也得出了相同的结果。
为了提高自身防御力,恶魔铁定甲虫全身上下总共有两个类似的接缝,将整体外骨骼分成了3块 ,每一块都是个体又是整体,通过连接线相互锁在一起。
而且很有意思的是,之前提到过恶魔铁定甲虫的外骨骼成分并无特殊,但实际上,经过加州大学实验团队仔细测量后发现,其实铁定甲虫的鞘翅蛋白质浓度更高,大概高了个10%左右,这有利于鞘翅拥有更加良好的韧性和能量吸收能力,我在这里也只能感叹一句,幸好蟑螂可不会这项技能。
如果你以为这就结束了,那可就大错特错,恶魔铁定甲虫还有一招"独门招式":外骨骼片上覆盖了一层"微刺",也就是细小的绒毛,这些微刺能极大程度上增加摩擦力,避免连接线互锁部分脱落,同时它的下腹部上还有一些骨骼刀片,这些骨骼刀片在一定程度上能够增加鞘翅的坚固性,在种种加持之下,恶魔铁定甲虫才终于练就了这一身神功。
或许是极限提高防御力的代价,也或许是天生太懒,恶魔铁定甲虫的移动速度并不快,大多数情况下都会呆在石头堆下或者各种缝隙之中,所以自然会被鸟类和其他喜欢吃昆虫的生物盯上。
但是恶魔铁定甲虫除了防御力高,还经常装死,只要感觉附近有危险,直接就瘫在地上一动不动,任凭你千招百式,我反正就是一个以不变应万变,大多数情况下,捕食者都会主动离开,少数比较执拗的个体,在经过许久尝试之后也只能悻悻离去。
既然这些优势能让恶魔铁定甲虫在昆虫界立于不败之地,科学家们也没道理不尝试一下复刻,尤其是那些材料学家们,先是用碳纤维材料模仿它的互锁结构,成功制造出了一个用于飞机发动机上的紧固件。
经过试验证明,这种新式结构的确能够在不更换材料,不额外加装任何物件的情况下,比原有性能更加良好,而后普渡大学的土木工程师更是直言,恶魔铁定甲虫给人类上了一课,让人类知道就算是坚硬但易碎的材料,通过断裂能量分散的原理,也能成为坚固又兼具韧性的超强材料。
根据我查阅到的资料显示,美国空军曾经用800万美金制定了一个计划,这个项目的主要目的是把自然界中 ,各种具有独特优势的生物特性复刻到人类社会中,恶魔铁定甲虫也在名单之内。
2016年,美国国防承包商BAE Systems就曾发布过一款新型可弯曲悬架系统,这种系统能够极大程度上增强防御力,甚至可以使军用车辆经受住地雷爆炸的袭击,而系统灵感就来源于一种甲虫。
除了军事装备外,这种结构在航空领域也能大展拳脚,在未来,如果飞机各个部件能够舍弃传统的紧固件和铆钉,与这种结构互锁在一起,那么可靠性将会得到进一步提升,而航天飞行器的重量每减少1公斤,可使运载火箭减轻500公斤。
对于商用飞机而言,每减少1%的结构重量,燃油消耗就减少约0.75%,这背后能带来多少的经济效应可想而知。
可以预见的是,恶魔铁定甲虫能够为人类的材料学带来新启发,无论应用在什么领域,都能够在一定程度上造福人类社会,人类从昆虫身上学习到的可不少。
苍蝇谁都讨厌,但科学家却从苍蝇身上,仿制了一种十分奇特的小型气体分析仪 ,这种气体分析仪可以检测空气成分,目前已经被安装在宇宙飞船的座舱里。
还有青蛙的"蛙眼",人类研制的电子蛙眼算是一种比较独特的快速扫描系统,能够在很大程度上识别出特定形状的物体,装备有电子蛙眼的雷达,抗干扰能力能得到大幅提升。
水母特殊的耳朵结构与功能,也让人类发明了可以预测风暴的"水母耳风暴预测仪"。
还有蜻蜓、蜘蛛、昆虫复眼等等等等,人类从动物身上学会的远远超出了大家的想象。
大自然这个可敬的造物主,虽然没有给予人类特殊能力,但赐予了我们无穷的想象力和创造力,正是这一切,才让人类拥有了无限的可能!
人类的未来到底是什么样,恐怕就连虚无缥缈的"神",也无法下定论!
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