图：铁定甲虫（Phloeodes diabolicus）。生活在北美西海岸的铁定甲虫素有“恶魔铁甲”称号，它们拥有坚硬的外骨骼，能经受住捕食者的挤压、野外徒步旅行者的踩踏，甚至被汽车碾过都可安然无恙。10月21日，一项发表在学术期刊《自然》的研究解释了铁定甲虫的外骨骼如此坚硬的原因。
结合显微镜观察、力学测试和计算机模拟等方法，作者发现，层状和锯齿状的关节以及多种支撑结构将铁定甲虫外骨骼的各个部分紧密连接起来，解释了其外骨骼的韧性来源。他们认为，这一研究结果可能在航空等工程和建筑领域具有应用价值。
上述研究题为“Toughening mechanisms of the elytra of the diabolical ironclad beetle”（《铁定甲虫鞘翅的增韧机制》），第一作者为美国加州大学河滨分校材料科学与工程专业的博士生Jesus Rivera，通讯作者为加州大学河滨分校教授David Kisailus。
铁定甲虫是一种栖息在橡树上的物种，它的外壳质地粗糙，外形酷似一块小岩石。David Kisailus和同事介绍，铁定甲虫不具备飞离险境的能力，但长有抗挤压外骨骼前翅（称为鞘翅）。他们在文中解释了铁定甲虫鞘翅的结构特征和物质组成，这种鞘翅能让铁定甲虫承受最大149牛顿的力（约为其体重的3.9万倍）。
图：铁定甲虫外骨骼的关节解释了它出色的抗挤压性。作者在铁定甲虫的鞘翅中央观察到了一连串形似拼图的联锁关节。如图所示，三种类型的侧向支撑结构连接着甲虫的腹部和鞘翅，分别是交叉式、锁式和独立式。交叉式关节在外力挤压下最为坚硬且结实，而锁式和独立式结构则能容许甲虫的外骨骼在被压缩时发生一定程度的变形。
他们认为，这种互锁的关节几何结构以及它们的层状微结构让铁定甲虫的外骨骼实现了极其出色的机械联锁和坚韧性。
作者利用模拟这种结构的金属复合材料制作了一系列接头，用来测试这种几何结构作为强硬机械紧固件、连接塑料和金属等不同材质的潜力，例如航空航天业中的涡轮固件。结果发现，与常用的工程接头相比，他们设计的接头强度更大、韧度也显著增强。例如，模拟此类结构的复合材料比现有的工程紧固件抗压强度更大，分别为19±1.08兆帕和18±0.73兆帕（1兆帕=10^6帕）。
《自然》杂志在为这篇论文配发的新闻评论中提到，在骨骼、牙齿和贝壳中发现的不少天然材料具有特殊机械性能，能够将强度、韧性和自愈能力良好结合，这些优异性能是传统工程材料无法实现的。David Kisailus等人的研究揭示了铁定甲虫的抗压密码，为制造坚固且可靠的工程接头提供了新方法。
