Naukowcy ujawniają, jak diabelski pancernik może przetrwać przejechanie przez samochód

Naukowcy ujawniają, jak diabelski pancernik może przetrwać przejechanie przez samochód


Diaboliczny pancernik chrząszcz jest twardy i to nie tylko z nazwy. Nowe badania pokazują, że przejechanie przez samochód nie jest nawet przeżyciem bliskim śmierci w przypadku tego błędu.

Badanie prowadzone przez inżynierów z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine (UCI) i Uniwersytet Purdue, odkrył, że niezwykła wytrzymałość tego diabolicznego pancernika jest wynikiem dwóch podobnych do zbroi adaptacji jego egzoszkieletu, które ewoluowały przez miliony lat.

Są to podpórki boczne, które działają jak ściany boczne i zapobiegają uciskaniu chrząszcza, wraz ze „szwem przyśrodkowym”, czyli trwałym zamknięciem części egzoszkieletu zwanej elytrą.

U latających chrząszczy elytra chroni skrzydła i może się otworzyć, aby umożliwić lot. Ale diaboliczny pancernik nie ma skrzydeł. Zamiast tego, elytra i szew łączący pomagają równomierniej rozprowadzić przyłożoną siłę na całym ciele.

Zespół kierowany przez profesora UCI Davida Kisailusa najpierw przetestował granice egzoszkieletu chrząszcza i zbadał różne elementy strukturalne, patrząc na skany CT.

Korzystając ze ściskanych płyt stalowych, zespół badawczy odkrył, że diaboliczny chrząszcz żelazny może przyjąć przyłożoną siłę około 150 niutonów – obciążenie co najmniej 39 000 razy większe od masy ciała – zanim egzoszkielet zacznie pękać.

Naukowcy szacują, że opona samochodowa przyłożyłaby siłę około 100 niutonów, gdyby przejechała chrząszcza na powierzchni ziemi. Inne ziemskie chrząszcze, które testował zespół, nie były w stanie wytrzymać nawet połowy siły, jaką może wytrzymać diaboliczny pancernik.

Profesor Kisailus powiedział BBC Dzisiaj program: „Przede wszystkim nazwa„ diabelski ”daje wizje czegoś przerażającego, prawda? A „żelazny pancerz” sprawia, że ​​myślisz, że musi być niesamowicie wytrzymały. Ale gdybyś na to spojrzał, niekoniecznie byłbyś w stanie go łatwo rozpoznać na polu, ponieważ w rzeczywistości wygląda jak mały kamień.

„I myślę, że jest to prawdopodobnie część mechanizmu przetrwania – ptak, gryzoń czy jaszczurka nie chcieliby go podnieść i zjeść kamienia. Ale czeka ich nie lada bitwa.

„Nie chodzi o to, że chrząszcz walczy, po prostu są tak wytrzymałe i wytrzymałe, że po prostu stoją i je przyjmują”.

Zapytany dokładnie, jak wytrzymały, profesor Kisailus powiedział: „Jeśli spojrzeć na niego z boku, wygląda jak mały czołg. Po tym jak przejechaliśmy go samochodem, przeprowadziliśmy odpowiednie testy mechaniczne i zmiażdżyliśmy go w jednym z naszych dynamicznych urządzeń do testowania mechanicznego ”.

„Ten chrząszcz, który jest przystosowany do życia na lądzie i ma te dwie połówki swoich latających konstrukcji, teraz trwale zszytych razem przez układankę przypominającą układankę, którą nazywamy szwem środkowym”

Zapytany, jak to rozwiązanie można wykorzystać do adaptacji technologii człowieka, profesor Kisailus podał przykład połączeń między komponentami wewnątrz samolotu, które muszą być ze sobą mocno połączone, ale są również wystarczająco wytrzymałe, aby wytrzymać różne siły (wytrzymałość).

Powiedział: „Pomyśleliśmy:„ Och, zróbmy imitację podobnej do układanki struktury chrząszcza i połączmy metal – kawałek aluminium – z kompozytem, ​​a następnie pociągnijmy go i porównajmy z tym siłę i wytrzymałość co można zobaczyć na samolocie, a odkryliśmy, że szew chrząszcza – imitacja, którą zrobiliśmy – była mniej więcej taka sama jak mocowanie samolotu, ale o 100% mocniejsza ”.

David Restrepo, adiunkt na University of Texas w San Antonio, który pracował nad tym projektem jako badacz ze stopniem doktora, wyjaśnił koncepcję. Powiedział: „Aktywnym wyzwaniem inżynierskim jest łączenie różnych materiałów bez ograniczania ich zdolności do przenoszenia obciążeń. Diaboliczny pancernik ma strategie obejścia tych ograniczeń ”.

Plik naukowcy powiedział, że w silnikach turbinowych samolotów metale i materiały kompozytowe są łączone razem za pomocą mechanicznych elementów złącznych, które mogą zwiększać wagę i wprowadzać naprężenia, które mogą prowadzić do pęknięć i korozji.

„Te elementy złączne ostatecznie zmniejszają wydajność systemu i wymagają częstej wymiany. Ale szwy międzyfazowe diabelskiego pancernika zapewniają solidną i bardziej przewidywalną awarię, która może pomóc rozwiązać te problemy ”- powiedziała Maryam Hosseini, która pracowała nad tym projektem jako doktorantka.

Badacze z UCI zbudowali łącznik z kompozytu z włókna węglowego naśladujący szew diabelskiego pancernika. Badacze z Purdue odkryli podczas testów obciążeniowych, że łącznik jest tak samo mocny jak standardowy łącznik lotniczy, ale znacznie twardszy.

„Ta praca pokazuje, że możemy przejść od używania mocnych, kruchych materiałów do takich, które mogą być zarówno mocne, jak i wytrzymałe, poprzez rozpraszanie energii podczas ich pękania. To właśnie natura umożliwiła uczynić diabolicznemu pancernikowi ”- powiedział profesor Pablo Zavattieri z Purdue University.

Badania zostały opublikowane w czasopiśmie Natura.



Source link