在冷兵器時代,鎧甲是提升單體防禦力的強大裝備,我國宋代將鐵質鎧甲發展到了巔峯,其強大的防禦力讓他國分分模仿。然而,隨着熱武器的快速發展,沉重的金屬鎧甲已經無法起到其應有的作用,逐步走向衰敗,消失在歷史長河。

很多人認爲熱武器時代的開始,金屬鎧甲的消失是人類科技進步的表象之一。但你可能不知道,在自然界有一種小蟲一直在強化它們的“鎧甲”防禦力,並發展出讓人難以置信,甚至需要像其學習的“裝甲系統”。

它就是鐵錠甲蟲(Zopherus chilensis),擁有節肢動物中最強外殼,生物學家這樣形容“它極具魔力,幾乎堅不可摧”!

因爲研究數據顯示這種平均約2釐米長的小昆蟲,可以承受149牛頓的最大力,相當於約15公斤的重量。這大約是鐵錠甲蟲體重的39000倍,大約是潛在掠食者產生的咬力的10倍。

以上數據對我們來說可能沒有直觀感受,很多人可能還會覺得“不就是15公斤的外力嗎”?研究人員把鐵錠甲蟲可抵抗的壓力換算到人類身上,得出以下兩個結論:

相當於一個150磅(約68公斤)的人在約25頭藍鯨的重壓下還能存活下來。

相當於一個200磅(約90公斤)的人必須承受780萬磅(約3538020)的重量,才能完成這一壯舉。

大多數甲蟲都有一個比較堅硬的外殼,這是衆所周知的事實,但很少有人相信甲蟲會如此堅固,因爲它們往往會被人一腳踩扁。有好奇者也拿鐵錠甲蟲做了這樣的實驗,事實證明將鐵錠甲蟲放在馬路上的一小堆泥土上,一個人開着豐田凱美瑞兩次碾過鐵錠甲蟲,它依然完好無損!

鐵錠甲蟲是怎麼做到如此堅不可摧的?

鞘翅目甲蟲的防禦力來自於它們的角質化前翅和身體,薄膜似的後翅平時隱藏在前翅之下,只有飛行時才能看到。而鐵錠甲蟲卻並非如此,也許是爲了最求更強大的防禦力,它的前翅和後翅已經融爲一體,並與身體以三種最合理的方式連接成了它的外骨骼,這在其他甲蟲中是不存在的,當然鐵錠甲蟲也爲此失去了飛行能力。

但即使鐵錠甲蟲不能飛,也跑不快,當遇到鳥類和齧齒類捕食者時,它僅依靠特別設計的“鎧甲”承受攻擊,就算趴着不動,也能對於抵禦大多數捕食者的攻擊,直到捕食者主動放棄。

科研人員對鐵錠甲蟲的三種連接方式和“鎧甲”成分進行了研究,並檢驗了由此產生的結構效果。發現其“鎧甲”材料結合橢球形幾何結構和層壓結構在臨界應變下提供了機械咬合和增韌,同時避免了災難性的失效。這些研究得出的結果,完全可用於不同材料之間連接時增加其韌性、抗衝擊和抗壓能力。

在此之前,工程結構中加入不同的材料,如塑料和金屬,一直是一項挑戰。機械緊固、常規焊接和粘接是目前最常用的解決方案,但這些方法都有其自身的問題。但在自然界許多動植物,已經進化出有效的解決方案,鐵錠甲蟲顯然尤爲出色,它的“裝甲系統”包含了生物學、物理學、力學和材料科學等領域,希望針對它的研究成果能儘快應用到人類的工程領域。

這種看上去不起眼不會飛的黑色甲蟲,在自然界卻擁有着領先其他物種的“裝甲系統”,更像一個小坦克,只是缺少火力系統,讓人有些遺憾……

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