Thiết kế đặc biệt của lớp vỏ cánh cứng khiến nó dễ dàng sống sót dù bị một chiếc ô tô cán qua.
Trong một nghiên cứu vừa đăng trên tạp chí Nature, các nhà khoa học đã khui được bí mật về khả năng "tanky" cực khủng của loài bọ cánh cứng có cái tên ngầu lòi: Ironclad Beetles (tạm dịch: Bọ giáp sắt), thuộc phân họ cánh cứng Zopherinae.
Nhìn sơ qua thì cậu bọ này có ngoại hình khá "xịn sò": một bộ giáp ngoài màu tối, lởm chởm trông hao hao giống viên đá bị cháy ấy.
Nhưng ẩn giấu đằng sau vẻ ngoài hơi "gồ ghề" đó lại là những kỳ tích về mặt cấu trúc, được thiên nhiên chế tác qua hàng triệu năm tiến hóa nhen!
Đa số loài bọ cánh cứng đều biết bay, và đôi cánh của chúng được bảo vệ bởi elytra - một lớp vỏ cứng như áo giáp vậy.
Bay chính là chiêu phòng thủ cực đỉnh của bọ cánh cứng, giúp chúng "chuồn" khỏi những kẻ thù. Nhưng riêng Ironclad Beetles thì... không có cánh bay được, nên phải nhờ cậy vào bộ xương ngoài siêu cứng để "giữ mạng".
Bọ cánh cứng Ironclad Beetles.
"Bọ cánh cứng này là loài sống trên cạn, nên nó không nhẹ nhàng, nhanh nhẹn như các loài khác, mà được chế tạo giống như một chiếc xe tăng mini vậy", David Kisailus - giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu tại Đại học California ở Irvine, đồng tác giả nghiên cứu cho biết.
"Bộ xương ngoài của nó cứng đến mức các nhà côn trùng học còn gặp khó khăn khi cắm kim định vào mẫu vật để trưng bày luôn đó!"
Để nghiên cứu những "chiếc tank tí hon" này, Jesus Rivera - một thành viên trong team - đã đi bắt mấy chú bọ về phòng lab.
Đầu tiên, các nhà nghiên cứu phát hiện bộ xương ngoài của nó có thể chịu được lực khoảng 150 Newton - gấp 39.000 lần trọng lượng cơ thể của nó luôn á! Con số này cao gấp đôi so với ba loài bọ cánh cứng nổi tiếng khác.
Vậy tại sao bộ "giáp" đặc biệt này lại khủng đến vậy?
Bằng cách dùng tấm thép chịu lực và chụp CT, team nghiên cứu đã quan sát bộ xương ngoài của con bọ dưới áp lực ngày càng tăng, và phát hiện ra rằng nó có thể chịu được ít nhất 39.000 lần trọng lượng cơ thể trước khi... tèo - tương đương khoảng 150 Newton.
Từ đó, team đã dùng mô phỏng máy tính và mô hình in 3D để phân tích chi tiết cấu trúc bên trong bộ xương ngoài, làm rõ vai trò của một đường khâu nối chạy dọc theo bụng con bọ.
Cách các lưỡi xương ngoài của con bọ ghép lại với nhau như các mảnh ghép hình.
Đường khâu này nằm giữa hai lớp cánh của bọ cánh cứng, gọi là elytra, mặc dù con vật không bay được.
Thay vào đó, đường khâu này kết nối các lưỡi dao bằng elytra với khung xương bên dưới, giúp "chia đều" lực ra khắp cơ thể con bọ thông qua hai cơ chế siêu phức tạp.
Các lưỡi của bộ xương tự "khóa" vào nhau giống như mảnh ghép puzzle vậy, giúp chúng không bị văng ra khi chịu lực lớn.
Trong khi đó, chỉ khâu và các lưỡi dao được chia thành nhiều lớp. Cả hai cơ chế này phối hợp với nhau để truyền tải áp lực mà con bọ đang gánh lên khắp cơ thể, giúp nó tránh bị gãy cổ và... "lên bàn thờ".
Ngoài ra, thành phần hóa học của lớp elytra trên con bọ này hơi khác so với bọ cánh cứng biết bay. Có vẻ như nó chứa lượng protein pha trộn cao hơn, có thể làm tăng độ dai.
Các nhà nghiên cứu hi vọng phát hiện mới này sẽ giúp ích cho việc cải tiến tuabin khí của máy bay, nơi kim loại và vật liệu composite cần được kết nối bằng chốt cơ học để tránh gãy vỡ và chịu được áp suất cao trong thời gian dài.
Các kỹ sư cũng đã thử tạo ra dây buộc bằng vật liệu tổng hợp và sợi carbon dựa trên cấu trúc khung ngoài của con bọ.
Khi test thử tải, nó cho thấy độ chắc và cứng hơn đáng kể so với loại dây buộc đang được dùng trong ngành hàng không vũ trụ hiện nay. Xịn thật!
"Nghiên cứu này cho thấy chúng ta có thể chuyển từ việc dùng các vật liệu cứng, giòn sang các vật liệu vừa bền vừa cứng bằng cách tiêu tán năng lượng khi chúng vỡ ra", tác giả Pablo Zavattieri chia sẻ.
Nguồn: soha.vn