Гибкий панцирь позволил броненосному жуку пережить наезд автомобиля на isbliss.ru

Гибкий панцирь позволил броненосному жуку пережить наезд автомобиля

Панцирь жука в разрезе, кроме g
Rivera et al. / Nature, 2020

Ученые выяснили, что за необычайную прочность жука Nosoderma diabolicum

отвечают конструктивные особенности его панциря. Во-первых, у шва между надкрыльями и нижней частью экзоскелета разная жесткость, что позволяет прогибаться без вреда органам. Во-вторых, два сросшихся надкрылья соединены между собой по принципу паз-гребень с несколькими гребнями, слоистая структура которых позволяет не лопаться, а расслаиваться, и за счет этого распределять нагрузку. Статья опубликована в
Nature
.

Разработку техники можно упростить, если воспользоваться готовыми решениями, уже существующими в природе. Порой инженеры делают даже зооподобных роботов, например, механического краба для исследования морского дна, или робота-кальмара для помощи океанологам. Зачастую, однако, заимствуют не целый организм, а какой-то его орган или принцип действия. Так, мозг саранчи, не смотря на примитивное устройство, эффективно избегает столкновений с сородичами в полете, и инженеры сделали электронное устройство с похожим принципом действия.

Броненосные жуки семейства Zopherinae отличаются очень прочным панцирем, особенно «дьявольский жук» Nosoderma diabolicum

. Этот жук живет под корой деревьев, и его можно принять за небольшой камешек из-за неровной и твердой спинки. Его панцирь до того прочен, что не только защищает от хищников, но и позволяет пережить наезд легкового автомобиля.

Внешний вид жука

Rivera et al. / Nature, 2020

Хесус Ривера (Jesus Rivera) из Калифорнийского университета и его коллеги решили изучить панцирь N. diabolicum

и выяснить, почему он такой прочный. В первую очередь ученые замерили, какую именно нагрузку он может выдержать. При сдавливании со спинки панцирь выдерживает нагрузку до 150 ньютонов (для сравнения, немногие люди могут давить большим пальцем на указательный с силой больше 60 ньютонов).

Затем исследователи проанализировали строение панциря: жук утратил способность летать, а его надкрылья срослись между собой и с грудью. Потенциально границы между разными участками панциря — это уязвимое место, но у N. diabolicum

швы наоборот делают конструкцию более надежной за счет дифференцированной жесткости. Соединение надкрыльев с грудью меняется по всей длине тела таким образом, что в районе жизненно важных органов достигает пика жесткости, а около менее важных частях тела позволяет панцирю прогибаться без ущерба для шва, и, таким образом, перераспределять нагрузку. В самом безопасном месте спинная часть экзоскелета не скреплена с грудной жестко, а ее сминание помогает поглощать энергию ударов.

Соединения разной жесткости: жесткое, полужесткое и скользящее

Rivera et al. / Nature, 2020

Два надкрылья связаны между собой неразъемным соединением паз-гребень и отдаленно напоминают то, как сцепляются пазлы. Такое соединение характерно для многих жуков, но у N. diabolicum

есть две ключевые особенности. Во-первых, у его спинного шва два гребня. Компьютерное моделирование показало, что увеличение числа гребней позволяет распределять нагрузку более равномерно, и натурные эксперименты с напечатанными на 3D-принтерах аналогичными конструкциями это подтвердили. Во-вторых, у гребней слоистая структура, но при надломе слои начинают расходиться, оставаясь связанными с помощью волокон. Таким образом, шов не лопается, а постепенно уступает, и с каждым отступлением нагрузка слегка уменьшается, что позволяет сохранить общую целостность панциря за счет небольших повреждений.

Спинной шов дьявольского жука самый левый, остальные — другие виды для сравнения

Rivera et al. / Nature, 2020

Авторы работы решили проверить, можно ли применить на практике особенности строения этого сверхпрочного жука. Они изготовили несколько деталей из углепластика с соединением, похожим на спинной шов N. diabolicum

и сравнили его прочность с защелкой Hi-Lok, применяемой в авиастроении. Ученые утверждают, что биоподобная конструкция выдерживает давление на 20 мегапаскалей больше и способна лучше переживать пиковые нагрузки.

От редактора

В тексте статьи не описаны подробности сравнительных прочностных испытаний. В любом случае, главной целью работы было изучить строение панциря жука, а не опробовать на практике решения, разработанные на его основе.
Поделиться

Металл, сталь и дерево остаются основными конструкционными материалами по всему миру, но инженеры постоянно ищут способ дополнительно улучшить их. Например, губчатый металл с керамическим наполнителем оказался настолько прочен, что не поддается резке и сверлению. Другие ученые, в свою очередь, попробовали увеличить прочность бамбука с помощью микроволновой печи.

Василий Зайцев

Раскрыт секрет «дьявольского жука», выдерживающего наезд автомобиля

Учёные раскрыли секрет необычайной природной прочности панциря жуков вида Phloeodes diabolicus. Этих насекомых не сможет раздавить не только зазевавшийся человек, но даже случайно наехавший автомобиль.

Позаимствовав у эволюции это поразительное техническое решение, инженеры теперь смогут создавать сверхпрочные конструкции.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature.

Жук вида Phloeodes diabolicus (он же Nosoderma diabolicum) внешне ничем не примечателен. Он имеет размеры 1,5–2,5 сантиметра, живёт под корой деревьев и не умеет летать. При виде опасности это создание, как и многие другие насекомые, притворяется мёртвым.

Чтобы оценить эту букашку по достоинству, нужно попытаться её проткнуть или раздавить. P. diabolicus относится к семейству (по другой классификации, подсемейству) Zopheridae, или жуков-броненосцев. Они отличаются необычайно твёрдым хитиновым панцирем. Но P. diabolicus выделяется даже из этого ряда. Не зря он носит видовое название diabolicus – «дьявольский».

Этого жука не в силах раздавить даже очень сильный человек. Более того, насекомое выдерживает наезд легкового автомобиля на грунтовой дороге (что показано в приведённом ниже видеоролике).

Конечно, когда машина проезжает по жуку, её вес распределён по четырём довольно широким колёсам. При этом только крошечная часть одного колеса соприкасается с насекомым. Поэтому членистоногое принимает на себя силу лишь в 100 ньютонов (вес десятикилограммового груза). Но разве и эта цифра не впечатляет? Представьте себе десятилитровое ведро воды, не опирающееся ни на что, кроме миниатюрного жука.

Зачем насекомому подобная стойкость? Ответ прост: это прекрасная защита от хищников, пытающихся его съесть.

Но для учёных интереснее другое: что придаёт броне «дьявольского жука» такую неслыханную прочность? Авторы нового исследования нашли ответ на этот вопрос.

Для начала экспериментаторы проверили, какую силу нажатия способно выдержать это животное. Оказалось, что предел прочности особей вида P. diabolicus – около 150 ньютонов. Это в полтора раза больше, чем при наезде автомобиля, и в 39 тысяч раз больше веса самого жука.

Установив этот впечатляющий факт, учёные пристально изучили строение тела «дьявольских жуков». Особенно их интересовал стык между надкрыльями.

Напомним, что надкрылья у жуков – это жёсткие видоизменённые крылья. Они служат защитной оболочкой для брюшка (отдел тела насекомых, расположенный за головой и грудью). По всей длине брюшка жука пролегает так называемый шов – стык двух надкрылий.

Каждый, кому доводилось раздавить какого-нибудь жука, замечал, что при этом его надкрылья расходятся в стороны по шву. Это естественно: надкрылья обычно не срастаются друг с другом, а просто соприкасаются. И, как гласит пословица, где тонко, там и рвётся (точнее, в данном случае расходится по стыку). Отодвинуть надкрылья друг от друга куда легче, чем сломать одно из них. Так и у сделанных человеком предметов самое уязвимое место – стыки, швы и прочие соединения.

Однако у P. diabolicus надкрылья сцеплены друг с другом буквально намертво. Они не расходятся даже под очень большим давлением.

Использовав тонкие методы микроскопии, исследователи выяснили структуру шва. Оказалось, что края надкрылий имеют сложную структуру. Они вкладываются друг в друга, как кусочки пазла, а не просто прилегают друг к другу, как два листа бумаги.

Надкрылья необычного жука соединены как детали пазла.

Иллюстрация Purdue University/Maryam Hosseini, Pablo Zavattieri.

Особая форма этих выпуклостей и впадин, а также их количество (в среднем пять у одного жука) обеспечивает чрезвычайно прочное соединение. И даже когда шов уже не выдерживает давления, надкрылья расходятся постепенно, рассеивая приложенную энергию и до последнего защищая жизненно важные органы жука.

Учёные создали модель шва между надкрыльями P. diabolicus, напечатав нужные детали из углеродного волокна на 3D-принтере. Испытания показали, что подсмотренная у жука «застёжка» очень эффективна. Она скрепляет детали не хуже соединений, применяемых в космической промышленности.

Исследователи надеются, что теперь ноу-хау эволюции найдёт широкое применение в технике. Инженеры давно ищут способ эффективно скреплять детали из разнородных материалов (например, металлические с пластиковыми). Для этого есть несколько методов, но все они имеют свои недостатки. Подобные «соединения несоединимого» остаются ахиллесовой пятой конструкций. Возможно, подсмотренное у невзрачного жука техническое решение позволит решить эту проблему.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о том, как насекомые вдохновили конструкторов на создание новых солнечных батарей и беспилотников.

Skyrim

Чтобы получить необходимую броню или предмет, вводите консольную команду: player.additem [количество] ID начинается с 00 для базовой игры, если есть в начале чит-кода XX, это предметы из DLC. XX — зависит от того, каким по счёту он установлен. Для DLC The Elder Scrolls V: Dawnguard обычно можно использовать 02. Вампирская броня XX00B5DB — Вампирская королевская броня XX0191F2 — Вампирская броня (светлая) XX0191F3 — Вампирская броня (красная) XX0142C7 — Вампирская броня (черная) XX01A51F — Вампирские окованные перчатки XX00B5DE — Вампирские ботинки

Зачарованная вампирская броня XX015CBA — Вампирская броня разрушения XX015CB9 — Вампирская броня малого разрушения XX015CBB — Вампирская броня настоящего разрушения XX015CBC — Вампирская броня истинного разрушения XX015CBD — Вампирская броня великого разрушения XX015CBE — Вампирская броня несравненного разрушения

XX015CBF — Вампирская броня малого колдовства XX015CC0 — Вампирская броня колдовства XX015CC1 — Вампирская броня настоящего колдовства XX015CC2 — Вампирская броня истинного колдовства XX015CC3 — Вампирская броня великого колдовства XX015CC4 — Вампирская броня великого колдовства

Доспехи Стражи Рассвета XX00F3FE — Перчатки Стражи Рассвета XX00F3FB — Красная кираса XX00F402 — Серая кираса XX00F404 — Коричневая кираса XX011BAF — Рунный щит Стражи Рассвета XX00F400 — Сапоги Стражи Рассвета XX01989E — Шлем Стражи Рассвета XX0050D0 — Закрытый шлем Стражи Рассвета

Легкий доспех Стражи Рассвета XX00F3FB — Броня Стражи рассвета XX00F402 — Броня Стражи рассвета XX00F404 — Броня Стражи рассвета XX00F400 — Сапоги Стражи Рассвета XX00F3FE — Перчатки Стражи Рассвета XX01989E — Шлем Стражи Рассвета

Тяжёлый доспех Стражи Рассвета XX00F3F7 — Тяжёлая броня Стражи Рассвета XX00F3FA — Тяжёлая броня Стражи Рассвета XX014757 — Тяжёлые сапоги Стражи Рассвета XX014758 — Тяжёлые перчатки Стражи Рассвета XX0050D0 — Закрытый шлем Стражи Рассвета XX0150B8 — Щит Стражи Рассвета

Оружие XX00D098 — Боевой топор Стражи рассвета XX00DD55 — Боевой молот Стражи Рассвет XX01668C — Рунный топор Стражи Рассвета XX011BAD — Рунный молот Стражи Рассвета

Шкуры 000FE6A9 — Шкура вервольфа XX011999 — Шкура долинного оленя XX01199A — Шкура долинного саблезуба

Ингредиенты XX002A78 — Жёлтый горноцвет XX0059BA — Крыло мотылька предка XX00B097 — Светящийся цветок XX0183B7 — Усик коруса-охотника XX0185FB — Ядовитый цветок XX00D3EE — Очищенная соль пустоты

Руда XX0195AA — Хитин жука-панцирника

Чертов Джиуб XX003F79 — Сочинение Святого Джиуба XX014010 — Сочинение Джиуба (страница 1) XX014011 — Сочинение Джиуба (страница 2) XX014012 — Сочинение Джиуба (страница 3) XX014013 — Сочинение Джиуба (страница 4) XX014014 — Сочинение Джиуба (страница 5) XX014015 — Сочинение Джиуба (страница 6) XX014016 — Сочинение Джиуба (страница 7) XX014017 — Сочинение Джиуба (страница XX014018 — Сочинение Джиуба (страница 9) XX014019 — Сочинение Джиуба (страница 10)

Супы XX03CD5B — Похлёбка из хоркера с бататами XX00353E — Суп из моллюсков

Квестовые предметы XX007A2B — Нож-скобель XX003D7D — Вейстоун-фокус XX005706 — Рука древнего вампира XX01171F — Символ месяца XX01171E — Символ полной луны XX01171D — Символ полумесяца XX008426, XX01419F — Пустая чаша из гелиотропа XX0088EB, XX0141A0 — Полная чаша из гелиотропа XX002B29 — Череп Арвака XX0191B7 — Кора поющего дерева XX00D3ED — Костная мука мелкого помола XX00A89E — Кувшин посвящённого

XX011A13 — Древний свиток (Солнце) XX0118F9 — Древний свиток (Кровь)

Мнение ученых

«Мы были впечатлены. Особенно с учетом того, что этот жук не содержит никаких минералов — только органические компоненты», — сказал профессор Дэвид Кисайлус, соавтор исследования из Калифорнийского университета в Ирвине.

Дружинин о Пугачевой и своей жене Ицкович: «Как женщины, они друг друга стоят»

«Остались только кабальные условия»: Самбурская о судебном процессе с Дробышем

Может болеть голова и сердце: врачи перечислили новые постковидные симптомы

В статье в журнале Nature Кисайлус и его коллеги рассказывают, как они исследовали структуру экзоскелета жука, чтобы понять, что делает его таким жестким.

Среди своих находок они обнаружили, что сросшиеся надкрылья жука сцеплены особым образом. В то время как у других жуков надкрылья переплетены, у жука-броненосца было большее количество взаимосвязанных секций, напоминающих соединенные части головоломки. В последующих экспериментах команда обнаружила, что это помогает распределить давление и сделать соединение более надежным.