Maak kennis met de’ diabolical ironclad beetle’, de kever die kan overleven door overreden te worden door een auto!

WEST LAFAYETTE, Ind. — Wanneer de meeste dieren in de weg van een auto staan, gaat het helaas niet goed voor hen. Uit een studie blijkt dat er minstens één wants is die overreden kan worden en blijft lopen: de duivelse ijzersterke kever. Onderzoekers zeggen dat deze kever zo taai is dat zijn schaal ingenieurs nu inspiratie geeft over hoe ze sterkere materialen kunnen maken om machines mee te bouwen.

Je vraagt je misschien af hoe een kever kan overleven door overreden te worden door een auto. De studie door een team van UC Irvine en Purdue University onthult duivelse ijzersterke kevers hebben een bijna onverwoestbaar exoskelet. De kracht ligt in de twee “elytron” die elkaar ontmoeten langs een vouw, genaamd een hechting, die de lengte van zijn buik loopt.

Voor vliegende kevers fungeren de pantserachtige dekschilden als een beschermend omhulsel voor de vleugels van het insect. Duivelse ijzersterke kevers hebben daarentegen geen vleugels. De dekschilden van dit insect en binddraad helpen om elke kracht gelijkmatig over zijn lichaam over te brengen.

“De hechting werkt als een legpuzzel. Het verbindt verschillende exoskeletal mesjes – puzzelstukjes-in de buik onder de dekschilden,” legt Purdue ‘ s Pablo Zavattieri uit in een universiteitsuitgave.

Hoe sterk is de duivelse ijzersterk kever?

De studie laat zien hoe geweldig deze puzzel is als er meer kracht wordt uitgeoefend op het schild van de kever. Met behulp van drukplaten toonden onderzoekers aan dat de duivelse ijzersterkever tot 150 Newton kracht kan overleven voor zijn exoskeletbreuken. Dat is hetzelfde als een lading van 39.000 keer het lichaamsgewicht van het insect.

Als dat niet indrukwekkend genoeg klinkt, legt de studie uit dat een autoband slechts ongeveer 100 Newton kracht toepast bij het raken van de ijzersterke kever op vuil. Andere niet-vliegende kevers kunnen maar de helft van die kracht aan.

Duivelse Ijzersterkever
Onderzoekers hebben ontdekt dat de duivelse ijzersterkever minstens 39.000 keer zijn lichaamsgewicht kan dragen voordat zijn exoskelet begint te breken. (Credit: Kisailus Biomimetics and Nanostructured Materials Lab, University of California, Irvine)

Zavattieri ‘ s lab nam ook CT-scans van deze ongelooflijke schaal om te zien hoe de decoupeerzaag met succes al dit gewicht verdeelt. Uit de studie blijkt dat er twee dingen gebeuren als iets een duivelse ijzersterkekever probeert te verpletteren.

Ten eerste, de onderling verbonden dekschilden vergrendelen op hun plaats om te voorkomen dat ze worden getrokken uit de hechting. Dit lijkt erg op hoe puzzelstukjes worden gevormd om samen te sluiten en niet uit elkaar te komen. Ten tweede, de hechting en de messen verdelen in lagen, zodat ze kunnen omgaan met vervormingen meer sierlijk. Dit helpt de shell catastrofale mislukking te voorkomen.

Beide processen helpen de kever energie te verspreiden en dodelijke verwondingen uit de buurt van de nek van de kever te houden.

Inspirerende sterkere machine-onderdelen

Deze unieke en veerkrachtige kever geeft de onderzoeksauteurs nieuwe strategieën om efficiëntere machineonderdelen te bouwen. In tegenstelling tot de ironclad hebben veel door de mens gemaakte producten geen hechtdraad om alles bij elkaar te houden.

“Een actieve engineering uitdaging is het samenvoegen van verschillende materialen zonder hun vermogen om belastingen te ondersteunen te beperken. De duivelse ijzersterkever heeft strategieën om deze beperkingen te omzeilen”, legt David Restrepo van de Universiteit van Texas in San Antonio uit.

Zware apparatuur zoals de gasturbines van vliegtuigen hebben mechanische bevestigingsmiddelen nodig om ze op hun plaats te houden. Deze bevestigingsmiddelen voegen gewicht toe en creëren stress die kan leiden tot breuken en corrosie.

“Deze bevestigingsmiddelen verminderen uiteindelijk de prestaties van het systeem en moeten zo nu en dan worden vervangen. Maar de hechtingen aan het gezicht van de duivelse ijzersterk kever zorgen voor een robuust en voorspelbaarder falen dat deze problemen kan helpen oplossen,” voegt Maryam Hosseini, een postdoctoraal onderzoeker in Zavattieri ‘ s groep, toe.

UC Irvine onderzoekers hebben al gebouwd een koolstofvezel composiet bevestiger geïnspireerd door de diabolische ijzerclad kever hechtdraad. De studie vindt deze nieuwe bevestiger is net zo sterk als de typische machine onderdeel, maar is aanzienlijk veerkrachtiger.

“Dit werk laat zien dat we misschien in staat zijn om over te schakelen van het gebruik van sterke, broze materialen naar materialen die zowel sterk als taai kunnen zijn door energie af te voeren als ze breken. Dat is wat de natuur de duivelse ijzersterkever heeft laten doen”, besluit Zavattieri.

De studie verschijnt in het tijdschrift Natuur.

Dit artikel werd voor het eerst gepubliceerd op 22 oktober 2020.

Add Comment