Nezašlápnutelný brouk

Existují obrnění brouci, kteří  jsou téměř nerozbitní.  Můžete je plácnout, dupnout na ně nebo je přejet autem, a oni utečou, jako by se nechumelilo. Dravci si na ně nepřijdou. Nemohou jejich krovky (elytru - ztvrdlá exokeletární přední křídla) prokousnout ani propíchnout drápem. Vědci zkoumali, jak je to možné. Proč jsou vnější pouzdra, exoskelety, těchto brouků, známá jako krovky, tak tvrdá? Tvoří je řada hladce propojených částí jako puzzle. Geometrie a vnitřní struktura tohoto „skládačkového“ designu zvyšují pevnost broučího brnění.

Brouci Phloeodes diabolicus měří asi 15 až 25 milimetrů na délku a vyskytují se v lesních stanovištích v západní Severní Americe, kde žijí pod kůrou stromů. Ačkoli jejich předkové mohli létat, tito brouci už dávno ztratili své letové schopnosti a jejich krovky jsou spojené dohromady jako štít odolný proti rozdrcení.

Entomologové jsou velmi dobře obeznámeni s houževnatostí broučí bariéry. Úsilí o připnutí vzorků brouků pro montáž, vystavení a skladování často končí  hromadou ohnutých ocelových špendlíků. 

Vědci se rozhodli provést na broucích tzv. kompresní testy, aby zjistili, kolik síly štíty mohou vydržet před prasknutím. Zjistili, že „železní“ brouci mohou odolávat nepřetržité síle až do 149 newtonů neboli tíze 15 kilogramů. To je asi 39 000násobek tělesné hmotnosti brouků a více než dvakrát větší síla, než mohou vydržet  jiné druhy suchozemských brouků.

Speciálně poskládané krovky

Mikroskopická analýza průřezů exoskeletu ukázala boční podpůrné struktury, které způsobí, že některé části krovek jsou tužší než jiné, a tak rovnoměrně rozkládají váhu na zádech brouka, aby chránily jeho orgány. Další posílení je ve švu, kde krovky srostly.

U létajících příbuzných obrněného brouka se zářez mezi krovkami spojuje principem „pero-drážka“, což  umožňuje hladce otevírat, zavírat a uvolňovat spodní křídla pro let. U obrněných brouků se krovky skládají dohromady jako kousky ve skládačce po celé délce těla hmyzu. Vyčnívající části těchto vzájemně propojených kusů, nazývané čepele, také rozdělují napětí po celém exoskeletu, což zabraňuje jeho praskání.

Vědci podle skutečných broučích krovek vytiskli 3D vzorky k testování pevnosti spojů. Zjistili, že jsou zde součástky s pěti vrstvami, které jsou nejtužší a mohou nést těžší zatížení. Vědci také detekovali složitější mikrostruktury v průřezech vrstev, které dále odvádějí napětí od nejzranitelnějších částí a chrání úzké „krky“ vzájemně propojených dílků skládačky. Všechny tyto důmyslné struktury působí bezpečnější spojování kousků krovek.

Odhalení biologické architektury, která činí exoskelety brouků téměř nerozdrtitelnými, by mohlo pomoci inženýrům navrhnout struktury, které jsou odolnější proti nárazu. To vědci testují s vlastními 3D tištěnými návrhy  z biomimetických kompozitů (napodobujících přírodní materiály).

Zdroj: You can't squish this 'iron' beetle. Now, scientists know why. | Live Science