Жук Phloeodes diabolicus выдерживает 150 Н; по его шву сделали опытный композитный крепёж
В лабораторных тестах экзоскелет жука устоял при нагрузке около 150 Н. Его замковый шов лёг в основу опытного композитного крепежа, более прочной керамики и схем ремонта самолётов.
Исследователи из Калифорнийского университета в Ирвайне и Университета Пердью изучили жука-броненосца Phloeodes diabolicus: нелетающее насекомое длиной около двух сантиметров обитает в Южной Калифорнии и других районах запада США, сообщает zmescience.com. В испытаниях на сжатие в исследовании 2020 года его экзоскелет сопротивлялся примерно 150 ньютонам до начала разрушения, это около 39 000 масс тела жука. zmescience.com
zmescience.comzmescience.comОткрыть источник ↗ Другие наземные жуки в тестах выдерживали меньше половины этой силы.
Команда использовала микроскопию, рентгеновскую съёмку, механические испытания, компьютерное моделирование и модели, напечатанные на 3D-принтере. Для сравнения исследователи оценили, что автомобильная шина, проезжая по жуку на грунте, может создать около 100 ньютонов.
Как панцирь распределяет нагрузку
Затвердевшие надкрылья, элитры, сходятся по срединному шву с множеством замковых элементов, похожих на детали пазла. Они удерживают панцирь целым и распределяют приложенную силу. При чрезмерном давлении слоистые структуры расслаиваются постепенно (деламинация), а не ломаются внезапно, и панцирь деформируется и рассеивает энергию.
Элитры имеют слоистое внутреннее строение и богаты белком, а в экзоскелете нет неорганических минералов. zmescience.com
zmescience.comzmescience.comОткрыть источник ↗ Три типа соединений связывают элитры с нижней стороной: замковые, защёлкивающиеся и более гибкие свободно стоящие структуры. Они дают большую жёсткость рядом с жизненно важными органами и большую гибкость ближе к задней части.
От жука к крепежу, керамике и ремонту
Соединение металлов и композитов в узлах самолётов обычно держится на механическом крепеже, который добавляет массу и может создавать концентрацию напряжений, ведущую к трещинам или коррозии. Авторы исследования 2020 года сделали крепёж из углепластика по мотивам панциря жука. В механических испытаниях он был так же прочен, как обычный авиационный крепёж, но заметно более вязок.
В исследовании 2023 года строение экзоскелета жука объединили с замковыми структурами черепов белохвостых оленей и создали керамические сборки. По сравнению с более простыми эталонными конструкциями они поглощали до 590 процентов больше энергии при растяжении, на 340 процентов больше при изгибе и на 700 процентов больше в испытаниях на разрушение. Внезапный отказ они откладывали до 50 процентов.
Исследование 2026 года описало замковый ремонтный интерфейс для повреждённых композитов, в том числе применяемых в авиации. В лабораторных испытаниях ремонты по мотивам жука выдерживали пиковую силу на растяжение на 30,47 процента выше, чем традиционные круглые ступенчатые ремонты. При изгибе улучшение составило 8,65 процента. zmescience.com
zmescience.comzmescience.comОткрыть источник ↗
