在冷兵器时代,铠甲是提升单体防御力的强大装备,我国宋代将铁质铠甲发展到了巅峰,其强大的防御力让他国分分模仿。然而,随着热武器的快速发展,沉重的金属铠甲已经无法起到其应有的作用,逐步走向衰败,消失在历史长河。

很多人认为热武器时代的开始,金属铠甲的消失是人类科技进步的表象之一。但你可能不知道,在自然界有一种小虫一直在强化它们的“铠甲”防御力,并发展出让人难以置信,甚至需要像其学习的“装甲系统”。

它就是铁锭甲虫(Zopherus chilensis),拥有节肢动物中最强外壳,生物学家这样形容“它极具魔力,几乎坚不可摧”!

因为研究数据显示这种平均约2厘米长的小昆虫,可以承受149牛顿的最大力,相当于约15公斤的重量。这大约是铁锭甲虫体重的39000倍,大约是潜在掠食者产生的咬力的10倍。

以上数据对我们来说可能没有直观感受,很多人可能还会觉得“不就是15公斤的外力吗”?研究人员把铁锭甲虫可抵抗的压力换算到人类身上,得出以下两个结论:

相当于一个150磅(约68公斤)的人在约25头蓝鲸的重压下还能存活下来。

相当于一个200磅(约90公斤)的人必须承受780万磅(约3538020)的重量,才能完成这一壮举。

大多数甲虫都有一个比较坚硬的外壳,这是众所周知的事实,但很少有人相信甲虫会如此坚固,因为它们往往会被人一脚踩扁。有好奇者也拿铁锭甲虫做了这样的实验,事实证明将铁锭甲虫放在马路上的一小堆泥土上,一个人开着丰田凯美瑞两次碾过铁锭甲虫,它依然完好无损!

铁锭甲虫是怎么做到如此坚不可摧的?

鞘翅目甲虫的防御力来自于它们的角质化前翅和身体,薄膜似的后翅平时隐藏在前翅之下,只有飞行时才能看到。而铁锭甲虫却并非如此,也许是为了最求更强大的防御力,它的前翅和后翅已经融为一体,并与身体以三种最合理的方式连接成了它的外骨骼,这在其他甲虫中是不存在的,当然铁锭甲虫也为此失去了飞行能力。

但即使铁锭甲虫不能飞,也跑不快,当遇到鸟类和啮齿类捕食者时,它仅依靠特别设计的“铠甲”承受攻击,就算趴着不动,也能对于抵御大多数捕食者的攻击,直到捕食者主动放弃。

科研人员对铁锭甲虫的三种连接方式和“铠甲”成分进行了研究,并检验了由此产生的结构效果。发现其“铠甲”材料结合椭球形几何结构和层压结构在临界应变下提供了机械咬合和增韧,同时避免了灾难性的失效。这些研究得出的结果,完全可用于不同材料之间连接时增加其韧性、抗冲击和抗压能力。

在此之前,工程结构中加入不同的材料,如塑料和金属,一直是一项挑战。机械紧固、常规焊接和粘接是目前最常用的解决方案,但这些方法都有其自身的问题。但在自然界许多动植物,已经进化出有效的解决方案,铁锭甲虫显然尤为出色,它的“装甲系统”包含了生物学、物理学、力学和材料科学等领域,希望针对它的研究成果能尽快应用到人类的工程领域。

这种看上去不起眼不会飞的黑色甲虫,在自然界却拥有着领先其他物种的“装甲系统”,更像一个小坦克,只是缺少火力系统,让人有些遗憾……

相关文章