O besouro furão malvado (Devil Phloeodes) da América do setentrião não tem o apelo visual de alguns de seus primos besouros mais brilhantes, mais porquê um pequeno pedaço de casca de árvore ou pedra grossa.

Mas o que falta para encantar compensa pela duração: seu exoesqueleto é um dos materiais mais resistentes do mundo oriundo. Agora os cientistas podem finalmente ter desvelado seus segredos e estão começando a aplicá-los em novos materiais.

Além de ser incrivelmente difícil guerrear predadores, sabe-se que o besouro malvado não exclusivamente sobrevive aos chutes humanos, mas também é atropelado por carros. Seu exoesqueleto é tão duro que os entomologistas acharam difícil montar o besouro para exibi-lo usando pinos de aço.

Mesmo que ele não possa voar, suas habilidades de sobrevivência de insetos estão às alturas. E os cientistas acabaram de usar um conjunto de ferramentas para desvendar as propriedades físicas e mecânicas que dão ao besouro diabólico revestido de ferro sua incrível força.

“A ferrata é um besouro terrestre, logo não é ligeiro e rápido, mas é construído mais porquê um pequeno tanque,” disse o investigador de materiais David Kisailus da University of California Irvine.

“Esta é a adaptação dele: ele não pode voar, logo ele exclusivamente fica em posição e deixa sua armadura principalmente projetada suportar os abusos até que o predador desista.”

O pequeno besouro tem pouco mais de 2,5 centímetros de comprimento e passa o tempo rastejando pelos desertos do sudoeste da América do setentrião, escondendo-se sob as rochas ou sob a casca das árvores. A equipe coletou seus besouros na região do Inland Empire, na Califórnia.

Primeiro, eles realizaram testes de compressão da placa de aço de todo o exoesqueleto para ordenar quanta força o besouro poderia suportar, comparando os resultados com outras espécies de besouros na mesma região com predadores semelhantes, porquê o pica-pau. , e a mesma estratégia de resguardo, fingindo-se de morto.

Besouros semelhantes foram capazes de suportar uma trouxa máxima média de menos de 68 Newtons. Em contraste, o besouro diabólico revestido de ferro poderia suportar uma força máxima de 149 Newtons, ou seja, uma mandíbula perdida 39.000 vezes seu próprio peso corporal.

Imagine o peso de ter 39.000 clones empilhados em cima de você. Caramba.

De qualquer forma, o próximo passo foi tentar desvendar porquê o pequeno besouro faz o que faz, logo a equipe usou espectroscopia, microscopia eletrônica de varredura e tomografia para estudar a casca dura de perto.

Eles também realizaram simulações e usaram modelos impressos em 3D para verificar suas descobertas.

A arquitetura e a formação do material de todo o exoesqueleto explicam troço da rijeza; mas a chave, os pesquisadores descobriram, estava no élitro.

Em besouros voadores, o éltra são as asas anteriores duras que funcionam porquê malas para proteger as asas posteriores venosas mais delicadas que o inseto usa para voar.

porquê o diabólico besouro revestido de ferro não voa, seus élitros endureceram ainda mais e estão unidos ao longo de uma risco de sutura para agir mais porquê uma armadura.

(Projeto de Engenharia / YouTube)

A equipe descobriu que esse exoesqueleto é constituído de quitina, um material fibroso derivado da glicose, e uma matriz de proteínas. Quando compararam o exoesqueleto do besouro diabólico com o de um besouro semelhante, eles descobriram que o ferro revestido tinha significativamente mais proteína, muro de 10% a mais em peso.

Mas a risco de sutura ao longo da qual o éltra do fusível do besouro acabou desempenhando um papel crucial em sua rijeza.

“A sutura funciona porquê um quebra-cabeça” disse o investigador de materiais Pablo Zavattieri da Purdue University. “Ele conecta várias folhas exoesqueléticas (peças do quebra-cabeça) ao abdômen sob o élitro.”

Quando a equipe olhou mais de perto para ver porquê essas estruturas entrelaçadas funcionavam sob pressão, eles encontraram alguma coisa interessante.

Em vez de se separarem, porquê se esperava que as peças do quebra-cabeça fizessem, as microestruturas das folhas exoesqueléticas deram lugar à fratura em camadas paralelas, um processo divulgado porquê delaminação.

Isso é auxiliado por uma categoria de fios microscópicos chamados microtricia nas superfícies externas das folhas que aumentam o atrito, evitando que as bordas entrelaçadas se soltem. Essa combinação de recursos permite que o éltra se deforme mais suavemente, o que dissipa a robustez de maneira mais uniforme e evita que o exoesqueleto se quebre e o inseto morra.

“Quando uma peça do quebra-cabeça é quebrada, espera-se que se separe no pescoço, a troço mais fina.” Eles gritaram. “Mas não vemos esse tipo de partilha catastrófica com esse tipo de besouro. Em vez disso, ele é delaminado, proporcionando uma lapso mais elegante da estrutura.”

Essa invenção pode furar caminho para o desenvolvimento de materiais mais duráveis ​​para superar os desafios da engenharia. Isso poderia levar, por exemplo, a motores de aeronaves mais seguros, que usam elementos de fixação que adicionam tensões estruturais que diminuem a duração universal do motor.

Os pesquisadores construíram um porão para motores de aeronaves que usavam material de filamento de carbono e imitou a estrutura do quebra-cabeça da sutura diabólica do besouro revestido de ferro.

Depois de realizar testes de trouxa, eles descobriram que sua pegada era tão possante quanto a que está sendo usada, mas é muito mais difícil.

“Um duelo ativo de engenharia é juntar diferentes materiais sem limitar sua capacidade de suportar cargas”, disse o engenheiro mecânico David Restrepo da Universidade do Texas em San Antonio.

“O maligno besouro revestido de ferro tem estratégias para contornar essas limitações.”

A pesquisa foi publicada em Natureza.

Este item foi reescrito, traduzido de uma publicação em inglês. Clique cá para acessar a material original (em inglês)!