Гибкий панцирь позволил броненосному жуку пережить наезд автомобиля

Обновлено: 05.10.2024


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.

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.

Жук вида P. diabolicus выдерживает даже наезд автомобиля.

Жук вида P. diabolicus выдерживает даже наезд автомобиля.
Фото Jesus Rivera/Kisailus Biomimetics and Nanostructured Materials Lab/University Of California, Irvine.

Надкрылья необычного жука соединены как детали пазла.

Надкрылья необычного жука соединены как детали пазла.
Иллюстрация Purdue University/Maryam Hosseini, Pablo Zavattieri.

Жук вида P. diabolicus выдерживает даже наезд автомобиля.

Надкрылья необычного жука соединены как детали пазла.

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.

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.

Дьявольский броненосный жук (Phloeodes diabolicus) из Северной Америки не имеет визуального шика, как некоторые из его более блестящих кузенов. Он больше похож на небольшой кусок древесной коры, или камень.


Но нехватка красоты компенсируется долговечностью: его экзоскелет — один из самых прочных материалов в мире природы. Ученые наконец-то раскрыли его секреты — и начинают применять их к новым материалам.

Хищникам невероятно сложно атаковать этого дьявольского броненосца. Он переживает не только человеческие удары, но и наезд машины. Экзоскелет жука настолько прочен, что его сложно установить для демонстрации с помощью стальных штифтов.

Несмотря на неумение летать, навыки выживания жука невероятно высоки. Исследователи использовали набор инструментов, чтобы обнаружить физические и механические свойства, которые придают дьявольскому железному жуку невероятную силу духа. Броненосный жук — это земной жук, поэтому он не легкий и не быстрый. Он больше похож на небольшой танк.

Это его адаптация: он не может улететь, поэтому он просто остается на месте и позволяет своей специально разработанной броне выдерживать натиск серьезных хищников. Маленький жук размером чуть более сантиметра в длину ползает по юго-западным пустыням Северной Америки, прячась под камнями или под корой деревьев.

Ученые провели испытания на сжатие стальной пластины всего экзоскелета, чтобы определить прочность панциря, сравнив результаты с другими видами жуков из того же региона с аналогичными хищниками. Подобные жуки смогли выдержать среднюю пиковую нагрузку менее 68 Ньютонов. Дьявольский броненосный жук, напротив, мог выдержать максимальную силу в 149 Ньютонов, что в 39000 раз превышает его собственный вес. Только представьте себе вес 39 000 клонов, сложенных на вас.


В любом случае, следующим шагом была попытка выяснить, как маленький жук делает то, что он делает, для чего команда использовала спектроскопию, сканирующую электронную микроскопию и компьютерную томографию, чтобы внимательно изучить твердую оболочку.

Они также провели симуляции и использовали 3D-модели для проверки своих выводов. Архитектура и состав материала всего экзоскелета объясняют прочность, но ключ, как выяснили исследователи, лежал в надкрыльях.
У летающих жуков надкрылья — это жесткие передние крылья, которые защищают более нежные задние крылья с прожилками, используемые для полета. Поскольку дьявольский броненосный жук не летает, его надкрылья затвердели еще больше и сцепились вместе вдоль линии шва, выступая в роли брони.


Команда обнаружила, что этот экзоскелет состоит из хитина — волокнистого материала из глюкозы и белковой матрицы. Когда они сравнили экзоскелет дьявольского броненосного жука с экзоскелетом аналогичного жука, то обнаружили, что у броненосца было значительно больше белка — примерно на 10 процентов больше по весу.

Но линия шва, по которой срастаются надкрылья жука, в конечном итоге сыграла решающую роль в его прочности. «Шовный материал действует как мозаика», — сказал материаловед Пабло Заваттьери из Университета Пердью. «Он соединяет различные лезвия экзоскелета — кусочки пазла — в брюшной полости под надкрыльями».


Когда команда присмотрелась, как эти взаимосвязанные структуры работают под давлением, они обнаружили кое-что интересное. Вместо того, чтобы расколоться, микроструктуры внутри лопастей экзоскелета уступили место слоистому параллельному разрушению — процессу, известному как расслоение.

Это открытие может открыть путь к разработке более прочных материалов для решения инженерных задач. Например, к созданию более безопасных авиационных двигателей. Исследователи даже построили крепеж авиационного двигателя из углеродного волокна, имитирующего структуру шва дьявольского броненосного жука. В настоящее время испытания продолжаются.
источник

Броненосный жук поможет в создании новых креплений

Для инженеров, разрабатывающих современные сверхпрочные материалы, стоит обратить внимание на мир природы в поисках вдохновения, а броненосный жук (nosoderma diabolicum) - неплохой экземпляр для начала. Это существо может выжить, даже если его переедет автомобиль, и теперь ученые раскрыли некоторые секреты этой невероятной прочности, которая, по их словам, открывает путь для нового поколения материалов, обладающих схожими характеристиками.

Исследование было проведено инженерами Университета Пердью и сосредоточено на невероятно прочном экзоскелете жука-броненосца, одного из самых твердых среди всех членистоногих. Ученые обнаружили новые детали того, как существо поглощает такие огромные удары.

Используя сжатые стальные пластины и компьютерную томографию, команда наблюдала, как экзоскелет броненосца работает при возрастающих давлениях, и обнаружила, что он может выдерживать нагрузки, по крайней мере, в 39000 раз превышающие собственный вес тела до разрушения, что равно приложенной силе около 150 ньютонов.

Затем ученые использовали компьютерное моделирование и 3D-печатные модели, чтобы изолировать детальные структуры внутри экзоскелета, что подчеркнуло роль соединительного шва, проходящего по всей длине брюшка жука.

Этот шов лежит между двумя надкрыльями жука, хотя у броненосцев нет крыльев. Вместо этого нить соединяет надкрылья и части экзоскелета под ними, помогая равномерно распределять силу по телу жука с помощью двух сложных механизмов.

Части экзоскелета сцепляются друг с другом, как кусочки мозаики, что предотвращает их срыв с места под действием большой силы. Между тем шовный материал и части экзоскелета разделяются на слои. Оба этих механизма вместе работают, чтобы распределять нагрузку по жуку и избегать смертельных повреждений.

Одна из областей, в которой команда ученых надеется применить эти знания, - это газовые турбины самолетов, где металлы и композитные материалы необходимо комбинировать с использованием тяжелых механических креплений, которые со временем могут вызвать разрушение и напряжение.

Инженеры создали композитную застежку из углеродного волокна на основе конструкции экзоскелета броненосца и провели испытания под нагрузкой, обнаружив, что она такая же прочная и значительно более жесткая, чем застежки в аэрокосмической отрасли, используемые сегодня.

«Эта работа показывает, что мы можем перейти от использования прочных, хрупких материалов к материалам, которые могут быть как прочными, так и жесткими, рассеивая энергию при разрушении», - говорит автор исследования Пабло Заваттьери. «Это то, что природа позволила делать броненосному жуку».

Исследование было опубликовано в журнале Nature, а видео ниже предоставляет обзор исследования.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Уникальные животные

Долинные олени и саблезубы существенно отличаются от привычных нам: их светящиеся шкуры исписаны узорами. Однако, свечение (узоры саблезуба светятся фиолетовым, оленя — зелёным) сразу же гаснет после смерти. Помимо этого, глаза зверей тоже необычного оттенка — голубые.

Долинный саблезуб более поджарый и скорее похож на пуму — его непросто заметить вдали из-за тёмного меха. Когда животное испытывает агрессию, его глаза начинают светиться и становятся бледно-сиреневыми.

Кроме внешности звери ничем не поражают — с них выпадают те же предметы, только шкура другого цвета. Оленей в игре всего 6, а саблезубов вообще — 5. В фалмерских хижинах нередко попадаются шкуры долинных зверей. Лучше оставить их, как трофей, чем пускать на кожу.

Жук, который может пережить наезд автомобиля

(Жук-броненосец. Фото: Alice Abela)

Если вы поймаете обычного жука, то сможете легко раздавить его двумя пальцами (ни в коем случае не призываем вас делать это – полезных насекомых нужно беречь). Однако если вы попытаетесь сдавить дьявольского жука-броненосца, то вашей силы вряд ли хватит, чтобы причинить вред уникальному насекомому.

«Этот жук настолько крепок, что силы рук не хватит, чтобы раздавить его – он похож на кусок камня. Даже энергии движущегося автомобиля вряд ли хватит», - заявил автор исследования Пабло Д. Заваттьери.

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

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

Сундуки

Бегая вдоль берегов ледяной реки, мы вдруг находим каменный сундук. Прямо на нём раскинулся чей-то скелет — видимо, в сундуке лежит что-то очень ценное. Но перед этим вы кладёте в инвентарь странную книгу (на древнефалмерском языке), которую предстоит отнести Урагу гро-Шубу.

Второй сундук охраняет ледяное привидение — будьте бдительны. Вот, взломали ларь, взяли плюшку. Опять скелет? Хм, почему рядом с этими сундуками все умирают?

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

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












Он не может быть убит обычными способами. При помощи кирки из его задней части добывается хитин жука-панцирника, а иногда также случайные камни. После добычи трёх кусков хитина жук умирает. Хитин может быть использован для создания панцирного шлема. Соответственно жука можно считать просто живой рудной жилой.

Если добыча будет остановлена после сбора двух кусков хитина, жук не умрёт. Кроме того, жуки возрождаются, поэтому через каждую неделю игрового времени можно получать по шесть кусков хитина.

Одна из самых обширных локаций наряду с Чёрным Пределом (если не крупнее). Вы непременно побываете там, когда будете проходить Dawnguard — хотя бы раз каждый игрок должен посетить это удивительное место!

Если уважаешь The Elder Scrolls, то обязательно ставь лайк и подписывайся на канал GAMES NEWS.

Долина представляет собой горную местность, полностью покрытую ледниками и снегом. День и ночь здесь шумят водопады.

Главные обитатели этой долины — фалмеры (их хватает везде, но большая часть живёт в Ледяной расщелине). Не бывает хороших мест без фалмеров. Причём здесь они не скрываются от света и прекрасно себя чувствуют.

The Elder Scrolls: Всё о Забытой Долине (Skyrim) 1 часть

Из знакомых монстров нам встретятся морозные пауки и корусы (много корусов в пещерах, будьте готовы).

«Совершенно другой мир» — полностью соглашусь с Сераной. В этой долине даже музыка на фоне другая.

Секрет прочности дьявольского жука

Ради того, чтобы разгадать секрет насекомого, исследователям пришлось прибегнуть к микроскопии, спектроскопии и механическим испытаниям. Труды ученых не пропали даром – им удалось понять конструкцию экзоскелета жука.

Раньше насекомые умели летать, однако в ходе эволюции многие из них утратили эту способность. Однако у жуков сохранились надкрылья, между которыми проходит небольшой шов. Именно эта конструкция помогает броненосцу равномерно распределять силу давления.

(Строение дьявольского жука-броненосца. Фото: Univercity of California, Irvine)

Шов выступает в качестве соединительного сочленения – он соединяет множество крохотных частей экзоскелета, которые превращаются в одно целое. У насекомого есть еще один дополнительный механизм, который обеспечивает медленный сброс энергии при повреждении шва.

Ученые выяснили, что жук может выдержать приложенную силу, равную 150 Ньютонам. При этом, автомобиль, наехавший на насекомое, воздействует на него с силой около 100 Ньютонов.

Если исследователи смогут использовать полученную информацию в инженерии, человечество решит множество проблем с нехваткой подходящих материалов в авиа- и космопромышленности.

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.

Мода с ног на голову: бабушка сплела стильную повязку на пальцах из носочков

Желтый — для вдохновения: что цвет одежды говорит о личности человека

Семь сезонов «Холостяка» — семь историй, и ни одной сложившейся пары после шоу

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.

Жук-панцирник

Увлекаясь кузнечным делом, вы могли заметить, что в игре существует шлем из панциря некоего жука. Так вот, это насекомое живёт именно в долине. Оно «немного» крупное(рядом с Довой похоже на огромный валун), но пассивное.

Найти его сложно — необходимо прислушиваться к звукам в пещере. Если уловите щёлканье и проследуйте за шумом, есть шанс отыскать желаемое.

Процесс добычи панциря проходит также, как добыча руды. Начнём с того, что «по традиции» жука вы убить не сможете — это всё равно что драться с камнем. Отложите меч и возьмите в руки кирку.

Хитиновые пластины откалываются с задней части панциря. При этом он покрывается кровью, что выглядит жутковато. Может выпасть хитин + драгоценный камень. Когда вы отламываете больше 2-ух кусков панциря, жук умирает и становится бесполезен для вас.

Но если вы во время усмирите свою жадность, панцирник выживет и в течение каждой игровой недели будет восстанавливать хитин — то есть, станет его бесконечным источником.

Хитин жука — очень распространённый строительный материал среди фалмеров. Ты же можешь сделать из него один лишь шлем (3 куска). Думаю, он неплохо будет смотреться на манекене — в качестве трофея. Всего в игре 2 жука.

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

8)

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

ученые

Растения

Светящиеся цветы, сиреневый мох, туман и светлячки придают Долине вид сонного царства + ко всему везде стоят дорожные святилища, некогда предназначенные для мольбы снежных меров. Возле них стоят сами эльфы, точнее, их призраки.

Касательно цветов — ингредиент довольно полезен, ведь обладает свойством паралича, страха, регенерации ЖС и сопротивлением магии. Вы можете собрать все 68 цветков, имеющиеся в дополнении — но, увы, выращивать их дома нельзя. Как и долинные звери, цветок является эндемиком и не может существовать в другой среде.

Растут они в Преддверии, Внутреннем Святилище, но больше всего их в Вечернем Проходе. Думаю, на фоне этого чуда вы не заметите скучный снежноягодник.

Ледяной великан

Уникальный обитатель Долины — ледяной великан. Похож на Карстаага, правда? У него есть рога и четыре глаза, но ведёт он себя абсолютно также, как простые великаны — машет дубинкой и рычит. Если мы не подходим слишком близко — игнорирует.

Слухи говорят, что когда-то эти существа обитали в каждом северном регионе Тамриэля. Сейчас ледяных великанов можно встретить лишь в Долине (Карстааг не в счёт), ибо только здесь они не вымерли.

Вероятно, вам покажется, что великан покрыт льдом — но на самом деле это густая шерсть.

Хотите узнать какой уникальный лут мы можем добыть из великана? Тогда ставьте лайк, подписывайтесь на канал и читайте вторую часть. ( The Elder Scrolls (Skyrim): Забытая долина, интересные факты, 2 часть ).

Жук вида P. diabolicus выдерживает даже наезд автомобиля.

Жук вида P. diabolicus выдерживает даже наезд автомобиля.
Фото Jesus Rivera/Kisailus Biomimetics and Nanostructured Materials Lab/University Of California, Irvine.

Надкрылья необычного жука соединены как детали пазла.

Надкрылья необычного жука соединены как детали пазла.
Иллюстрация Purdue University/Maryam Hosseini, Pablo Zavattieri.

Жук вида P. diabolicus выдерживает даже наезд автомобиля.

Надкрылья необычного жука соединены как детали пазла.

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.

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.

Читайте также: