Nezničitelný brouk pomůže inženýrům
Vědci objevili tajemství mimořádné houževnatosti téměř nezničitelného brouka, které hodlají využít v konstrukčním designu. Podle jeho vzoru vyrobili kompozitní materiály s podobnými vlastnostmi.
Ďábelský „železný brouk“ obecně nazývaný ironclad (lat. Phloeodes diabolicus), který žije v poušti na jihozápadě USA, má exoskeleton tak silný, že dokáže přežít dokonce i když ho přejedou kola vozidla.
Dr. Jesus Rivera z kalifornské univerzity (UCI) v roce 2015 dokumentoval neobvyklý vědecký experiment, kdy brouka nechal přejet 1,6tunovým vozem Toyota Camry. Dvakrát. To, co by asi jakéhokoli živočicha této, ale nepochybně i větší velikosti usmrtilo, hmyz překvapivě ustál.
„Ironclad je suchozemský brouk, takže není lehký a rychlý, ale stavěný spíše jako malý tank. To je jeho adaptace. Nemůže odletět, takže v případě napadení zůstane na místě a spoléhá na své speciální brnění, dokud to dravec nevzdá," řekl David Kisailus, profesor materiálové techniky na UCI a vedoucí týmu, který zkoumal, co činí tento hmyz tak houževnatým. Tým studoval brouky pomocí kompresních testů a zjistil, že vydrží sílu až 39 000krát větší, než je jejich vlastní tělesná hmotnost. To je jako kdyby 60kg člověk přežil hmotnost 2340 tun.
Výzkumníci došli k závěru, že pozoruhodná odolnost hmyzu spočívá v jeho krovkách (lat. elytra), což jsou u létajících brouků ztvrdlá přední křídla, která se uzavírají nad jejich zadními blanitými křídly, jež slouží k létání, a chrání je před bakteriemi a poškozením. V ďábelském pevném brouku se krovky spojily v extrémně tvrdý štít. Vědci ho studovali pomocí kombinace mikroskopie a spektroskopie a zjistili, že štít je tvořen proteinovou matricí a vrstvami chitinu, vláknitého materiálu, který se často vyskytuje v exoskeletonech hmyzu. Ve srovnání s létajícím broukem měly pevné krovky asi o 10 % více bílkovin podle hmotnosti.
Podívali se také na spojení obou polovin krovek. Byla spojena způsobem, známým pod pojmem mediální šev. Spoj je podobný zámkovým prvkům skládačky puzzle. Nechovají se však tak, jak by se dalo čekat, když je brouk stlačen. Místo katastrofického rozchodu vrstev se elytra delaminuje pozvolna a zajišťuje elegantnější selhání struktury – ve vrstvené struktuře chitinu se jednotlivé vrstvy pomalu lámou a rozpadají místo toho, aby se rozbily najednou. Bližší pohled na vzájemně propojené laloky exoskeletu také ukázal, že každý z nich měl vnitřní strukturu podobnou známým ruským skládacím panenkám „matrjoškám“. Šlo o sérii soustředných vrstev, jež věrně zrcadlily tvary, které obsahovaly.
Vědci se inspirovali těmito pozoruhodnými brouky, aby navrhli biomimetický kompozitní materiál s obdobnými vzájemně propojenými kusy. Když je spojili pomocí hliníkové spojky, zjistili, že je mnohem silnější a tvrdší než standardní spojovací materiál. Doufají, že by tyto poznatky mohly být použity např. v konstrukci letadel ke spojování segmentů bez slabých míst, která představují tradiční nýty a spojovací prvky.
Vladimír Kaláb
186
