神奇的恶魔铁甲虫

侯家林

春秋时期，鲁班发现一种草的叶边缘有许多又尖又快的细齿，因而发明了锯子;根据蚊子吸血的原理，我们发明了注射器;根据鲨鱼皮的原理，我们发明了新的游泳衣……自然界的一切，总是能给我们提供无穷的智慧和想象。

这不，又一个昆虫界的“狠角色”出现了，就是下面这只又黑又硬的家伙。以前经常听人放狠话说：“我捏死你，可以像捏死一只虫子一样简单！”恶魔铁甲虫表示不服，你捏捏试试？

恶魔铁甲虫就像一块儿坚硬的石头，就算是世界上最强壮的人，用拇指和食指尽力挤压这只甲壳虫，也不能把它怎么样。因为人手这两根指头的挤压力不超过40牛顿，而恶魔铁甲虫能承受约150牛顿的挤压力。

恶魔铁甲虫生活在美国西海岸干旱地区，不会飞，以硬壳著称，受到外力刺激时会装“死”，最长自然寿命可达8年，和那些不可语冰的夏虫，绝不可同日而语。

为了解开“恶魔铁甲虫为什么会如此坚硬”这个谜团，加州大学尔湾分校材料科学家大卫·基萨卢斯领导团队使用了先进显微镜、光谱学和原位机械测试等多种手段，对恶魔铁甲虫的超级壳进行了研究，果然发现了它独特的结构。在这种昆虫小坦克一般的体内，两方面关键的微观特征帮助其承受了强大的挤压力。

第一方面，是恶魔铁甲虫外骨骼的上半部分和下半部分之间的一系列连接，在边缘上有一些凸脊锁契合在一起，而且接触面呈现出三种不同类型的侧向支撑，将腹侧角质层连接到鞘翅上：叉指式、闭锁式和独立式。叉指关节在压缩下表现最坚硬、最结实，而闭锁式和独立式的支撑使外骨骼在压缩时可以发生一些形变，缓冲压力。

第二方面，是恶魔铁甲虫背部刚柔并济的接头或缝合结构，其沿恶魔铁甲虫背部中线延伸，连接起左侧和右侧厚实的装甲。

科学家将恶魔铁甲虫这一系列凸起物称为“刀片”，它们可以像拼图玩具一样装配在一起，将两侧紧密相连。而且，这些刀片包含由蛋白质黏合在一起的组织层，具有较高的抗损伤性和自我修复性。当用一定的力挤压恶魔铁甲虫时，每个刀片层之间的蛋白质胶中会形成微小的裂纹，但是科学家表示，那些小的裂纹类似于可自愈的骨折，这些刀片能够有效吸收冲击而不会完全折断，保护恶魔铁甲虫体内的软组织。研究人员认为，上层坚固而具有交叉状支撑物的坚固结构，可用于保护恶魔铁甲虫的重要器官不被压碎;在上下连接部分，柔顺的闭锁式和独立式的支撑物则允许外骨骼变形，类似于可调高低的底盘悬架一样，从而使恶魔铁甲虫能够挤入岩石或树皮的缝隙中。

这种类似的变形适应能力，启发科学家设计了一些可伸缩变形的机器人，这种机器人可以挤进狭小的空间，并在其中移动，它可以用于在灾后倒塌的建筑物中搜寻幸存者。恶魔铁甲虫功能多样的支撑结构，也可能给装甲车辆提供新的设计思路。人们不得不感叹，自然进化的结果是如此伟大，放弃飞行能力的恶魔铁甲虫，让自身装甲的进化强于大多数同类。

大卫·基萨卢斯补充说：“鉴于大自然生物在数亿年的时间里一直在做优化和进化实验，人类拥有足够的資源为下一代材料和结构设计提供灵感。”人类再一次向大自然拜师学艺，对恶魔铁甲虫“装甲套件”的研究成果，可能会激发新的、更坚固的设计方案，有望用在未来新一代防弹衣、建筑、桥梁等的设计上。

（王世全摘自《知识窗》2021年第11期）