Бронираните бръмбари са почти нечупливи - можете да ги удряте, да ги тъпчете или да ги прегазвате с кола и те ще тичат, без да бъдат смачкани. Птиците, гущерите и гризачите често се опитват да го ядат, но рядко успяват. Ако бъде ударено от кола, съществото е все още живо. И тук се крие изненадващата й природа .
Сега учените знаят защо външните крилати кутии на тези бръмбари, известни като elytra, са толкова здрави: Те са съставени от поредица от безпроблемно блокиращи се части от пъзела; геометрията и вътрешната структура на този "пъзел" дизайн увеличават здравината на бронята на скарабея.
Бронираните бръмбари (Phloeodes diabolicus) са с дължина около 15 до 25 милиметра и се срещат в горските местообитания в Западна Северна Америка, където живеят под кората на дърветата. Въпреки че техните предци можеха да летят, бронираните бръмбари отдавна загубиха полетните си способности и предпазителите си от елитрата, образувайки щит, устойчив на смачкване.
 |
| a, Изображение на DIB (брониран бръмбар). Мащабна лента, 5 мм. b, Изображение на стоманен щифт, огънат от elytra от DIB. Мащабна лента, 5 мм. c, Представителна крива на сила спрямо изместване за бръмбари, тествани при компресия. Вложки, графични графики, показващи средното и стандартното отклонение на нормализирания максимален товар (сила/тегло на бръмбара); брой екземпляри N = 5. Допълнителни бръмбари, тествани на компресия (отгоре надолу): E. grandicollis, A. verrucosus и C. muricata . Мащабни пръти, 5 мм. d-f, Оптични микрофотографии на DIB напречно сечение (d), показващи интерфациалните архитектурни области от интерес: медиални шевове (e) и странични опори (f). g, Оптична микрофотография на шевното сечение на японски летящ бръмбар, Trypoxylus dichotomus . Вложка, надгръдник на T. dichotomus . Мащабна лента, 10 мм. |
Ентомолозите са добре запознати с устойчивостта на тези бариери. Усилията за фиксиране на бронирани бръмбари за монтиране, излагане и съхранение често завършват с непробито насекомо и купчина огънати стоманени щифтове, според ново проучване, публикувано в списание Nature. .
| Образец на брониран бръмбар |
Изследователите проведоха тестове за компресия на бръмбарите, за да видят на каква сила могат да издържат тези щитове, преди да се счупят. Те открили, че „железните“ бръмбари могат да издържат на непрекъснати сили до 149 нютона или 15 килограма. Това е около 39 000 пъти телесното тегло на бръмбарите и повече от два пъти силата, която другите видове сухоземни бръмбари могат да издържат, според проучването.
Въоръжен екзоскелет
Напречното сечение на дяволски брониран бръмбар разкрива слоеве странична опора в неговия екзоскелет. (Кредит на изображението: Дейвид Кисалиус)
Микроскопският анализ на напречните сечения на екзоскелета показва странични опорни структури, които правят някои части на елитрата по-твърди от други, за да разпределят тежестта равномерно върху гърба на бръмбара и да защитят органите му. И още укрепване дойде от шева, където елитрата се сливаше.
При летящите роднини на бронирания бръмбар елитрите се събират в "дизайн на езика и браздата", което им позволява внимателно да се отварят, затварят и освобождават долните крила за полет, съобщават изследователите. Но при бронираните бръмбари слетите елитри се напасват като парчета в пъзел по корема на насекомото. Изпъкналите части на тези взаимосвързани парчета, наречени остриета, също разпределят напрежението в екзоскелета, предотвратявайки напукването му.
Учените също така откриха наслоени микроструктури в напречни сечения на остриетата, които допълнително отклониха напрежението от най-уязвимите части, предпазвайки тесните "шийки" на блокиращите части от пъзела от счупвания и карайки парчетата да се слепват по-плътно.
| Образци от Phloeodes diabolicus или бронирани бръмбари. WIKIMEDIA COMMONS |
Разкриването на биологичната архитектура, която прави екзоскелетите на бронираните бръмбари почти нечупливи, може да помогне на инженерите да проектират конструкции, които са по-устойчиви на удар, и изследователите изпробват това със собствените си 3D отпечатани дизайни.