Почему жука-броненосца не раздавит даже машина
Ученые раскрыли секрет фантастической прочности панциря дьявольского жука-броненосца
Исследование было проведено инженерами Университета Пердью и сосредоточено на невероятно прочном экзоскелете дьявольского жука-броненосца, который считается одним из самых твердых среди внешней брони всех членистоногих. Ранее экзоскелеты жуков уже вдохновляли ученых на создание систем подвески для военной техники, которые могут восстанавливать форму после деформации. Теперь же исследователи обнаружили новые любопытные детали того, как существо выдерживает такие колоссальные нагрузки.
Сжимая панцирь стальными пластинами и используя компьютерную томографию, команда изучила то, как экзоскелет броненосца ведет себя при возрастающем давлении. Она обнаружила, что он может выдерживать нагрузки, в 39000 раз превышающие собственный вес тела, что эквивалентно приложению порядка 150 ньютонов. Ученые использовали компьютерное моделирование и 3D-печать, чтобы изолировать отдельные структуры внутри экзоскелета и выяснили, что особо важную роль играет соединительный шов, проходящий по всей длине брюшка жука.
Этот шов лежит между двумя надкрыльями, при том, что собственно крыльев у жуков-броненосцев нет. Вместо этого он соединяет надкрылья и фрагменты экзоскелета под ними, помогая равномерно распределять энергию по телу жука с помощью двух сложных механизмов.
Представьте себе панцирь, который состоит из кусочков как конструктор и компенсируют слабые места друг друга.
Одна из областей, в которой команда надеется применить эти знания, — это газовые турбины самолетов. Металлы и композитные материалы в них необходимо комбинировать с использованием тяжелых механических креплений, которые со временем могут разрушаться под действием высоких нагрузок.
Инженеры уже создали на основе конструкции экзоскелета жука-броненосца композитную застежку из углеродного волокна и испытали ее на прочность. Оказалось, что она не менее прочная и значительно более жесткая, чем современные застежки, используемые в аэрокосмической отрасли.
«Наша работа показывает, что можно перейти от использования прочных, хрупких материалов к материалам, которые могут быть как прочными, так твердыми, способными рассеивать энергию при воздействии», — пишет автор исследования Пабло Заваттьери.
