Mai multe din Cronică

Un nou studiu publicat în Nature arată că gândacul (Phloeodes diabolicus) are haine cu adevărat remarcabile - exoscheletul său este extrem de puternic, dar când presiunea devine literalmente prea mare, coaja dobândește o calitate elastică care o face să se întindă într-o oarecare măsură și nu a se rupe ca coaja unei nuci.

Oamenii de știință care au făcut descoperirea - o echipă de la Universitatea Purdue și Universitatea din California - au declarat că strategia unică utilizată de gândacul de fier al diavolului ar putea inspira crearea de materiale inovatoare și componente capabile să disipeze energia pentru a preveni fracturile. David Kisaylus, profesor de știință și inginerie a materialelor, conduce noul studiu.

Armura gândacului rezistent la squash ar putea fi un răspuns pentru avioane și vehicule mai dure https://t.co/tDEU84UsU8

- A. J. (@ AJ831958) 22 octombrie 2020

Gândacul în sine îi place să se ascundă sub stânci și în spatele scoarței copacilor. Nu poate zbura, deci are două strategii de apărare interesante pentru a se proteja de prădători precum păsările, rozătoarele și șopârlele. Pe lângă faptul că pretind că sunt morți (o strategie clasică și eficientă în sine), aceste bug-uri de tip tanc sunt echipate cu una dintre cele mai puternice cochilii cunoscute de știință. Este atât de puternic încât pot supraviețui fiind loviți de o mașină. Mai practic, această cochilie își protejează organele interne atunci când, să zicem, sunt mușcate de păsări.

Pentru a înțelege mai bine acești gândaci și exoscheletele lor durabile, cercetătorii au studiat limitele acestei armuri, au examinat-o cu microscopuri și scanere și chiar au reprodus-o de mai multe ori pe o imprimantă 3D pentru a le testa diferitele teorii.

Experimentele arată că gândacii de fier ai diavolului pot rezista la o forță de 150 Newtoni, care este de 39.000 de ori greutatea lor corporală. Dacă trebuie să comparăm acest lucru cu oamenii (nu este un exemplu excelent, având în vedere scările extrem de diferite, dar este distractiv), ar însemna că o persoană de 90 de kilograme poate rezista la o presiune de 3 milioane de kilograme. O anvelopă de mașină poate exercita o presiune de 100 Newtoni asupra lor, ceea ce explică modul în care acești gândaci pot supraviețui unei zdrobiri. Cercetătorii spun că alte specii de gândaci nu pot rezista nici măcar la jumătate din această putere.

fier

Poate fi gândac cu o pereche întinsă de elitre și o pereche de aripi zburătoare

Analiza fizică a exoscheletului cu microscopuri și scanere arată că cheia acestei rezistențe stă în elitre (o pereche de aripi chitinizate, dure). La gândacii zburători, elitele servesc drept învelișuri de protecție pentru aripi (la buburuze sunt roșii și negre cu puncte care se deschid la decolarea buburuzei). Cu toate acestea, în gândacul de fier al diavolului, cele două elitre ale sale au un scop diferit - de a-și proteja organele interne, nu aripile. Astfel, ele devin semnificativ mai dure decât elitrele la alte gândaci.

Această coajă oferă două niveluri de protecție, potrivit noilor cercetări.

Stratul exterior previne mișcarea excesivă, menținând intactă structura exoscheletului. Acest strat exterior conține mai multe proteine ​​decât de obicei - cu aproximativ 10% mai mult decât alte părți ale corpului gândacului - ceea ce adaugă o rezistență suplimentară. În același timp, sutura medială - linia care separă cele două elite de-a lungul burții gândacului - include lame de conectare care pot seamănă cu piesele unui puzzle. Aceste lame prind strâns, prevenind orice mișcare și păstrând intactă structura întregului exoschelet.

Dar dacă presiunea începe să devină prea intensă, cochilia trebuie să cedeze puțin, astfel încât gândacul să nu se rupă. În acest caz, firele de blocare trec printr-un proces numit delaminare sau rupere stratificată, în care structurile de conectare se retrag lent una de cealaltă, permițând disiparea energiei și deformarea elastică. Această configurație se va prăbuși complet dacă forțele sunt deja prea extreme, dar procesul de rupere este mai lent și mai blând decât ruperea unei nuci. Într-un scenariu realist, acest lucru oferă timp suplimentar pentru completarea ruperii, ceea ce pentru gândac poate însemna că există încă șanse să scape.

„Când spargi o piesă din puzzle, te aștepți ca masculul să se despartă pe gât, cea mai subțire parte”, a explicat Kisaylus într-un comunicat. „Dar nu vedem acest tip de diviziune în acest tip de gândac. În schimb, există delaminare, care asigură o ruptură mai graduală a structurii.

Pentru a oferi gândacului și mai mult timp, lamele au o acoperire înțepătoare care acționează ca un șmirghel, oferind o rezistență la alunecare, dar nu prea mare.

Prin simulări pe computer și modele tipărite 3D ale acestor structuri, cercetătorii au reușit să reproducă aceste efecte de protecție, consolidându-și în continuare ipotezele. De asemenea, construiesc o clemă bazată pe aceeași strategie și se dovedește a fi la fel de bună ca elementele de fixare inginerești convenționale, dacă nu chiar mai bune.