图1铁定甲虫

在工程结构中连接塑料和金属等不同材料仍然是一个挑战。机械紧固、常规焊接和粘合是目前用于此目的的技术的例子，但这些方法中的每一种都有其自身的问题，例如在环境暴露下形成应力集中或退化，降低强度并导致过早失效。在众多动植物物种的生物组织中，合成、构建和整合具有特殊机械性能的复合材料的有效策略已经发展。一个令人印象深刻的例子是在铁定甲虫的外骨骼前翅中发现的。

图2对铁定甲虫外骨骼关节的3D打印仿生构件

铁定甲虫（Phloeodesdiabolicus），一种原产于北美洲西部的粗犷昆虫，有一种几乎超自然的抵抗压缩和钝击的能力，其外壳甚至被称为恶魔铁甲。由于缺乏逃离天敌的能力，这种沙漠昆虫具有极强的抗冲击性和抗挤压性，由复杂和渐变的界面产生。加州大学欧文分校的材料科学家DavidKisailus和他的合作者利用先进的显微镜、光谱学和原位力学测试，确定了铁定甲虫外骨骼的多尺度结构设计，并研究了由此产生的机械响应和增韧机制。三维扫描显示，这种甲壳虫互锁的翅膀外壳中的分层结构使它的耐用性比它的一些同类产品高出一倍，并可能激励工程师们设计出更耐用的设计。研究的结果可应用于开发用于连接异种材料的坚韧、抗冲击和抗压材料。他们通过使用仿生复合材料制作联锁缝合线来证明这一点，与常用的工程接头相比，其韧性显著提高。

图3陆生甲虫的力学特性和铁定甲虫的结构特征

铁定甲虫的韧性被认为是甲虫中独一无二的。伦敦自然历史博物馆高级馆长昆虫学家MaxBarclay说，这种长2.5厘米的昆虫因难以钉在板上而闻名于收藏家：当针头被推入外骨骼时，针往往会弯曲。他说，与典型甲虫的几周或几个月相比，这种生物的寿命大约为两年，“可能证明这种极端的保护投资是合理的”。

图4外骨骼表面显微图

大多数甲虫用它们的后翅飞行，后翅由一对坚硬的翅膀保护着，这是其他昆虫的前翅改进，这是一种保持水分的策略。

为了了解是什么让恶魔铁定甲虫如此有弹性，加州大学欧文分校的材料科学家DavidKisailus和他的合作者利用各种技术对这种生物进行了成像，包括使用X射线同步加速器（一种能产生明亮X射线能量的粒子加速器）进行的微型计算机断层扫描。研究小组成员、加州大学河滨分校的材料科学家JesusRivera安装了一种装置，可以在扫描仪内旋转昆虫的身体，同时使其受到不同程度的压缩。

他们的研究发表在10月21日的《Nature》杂志上，展示了这种甲虫的翅膀外壳，它们像3D拼图一样锁在一起，紧贴在昆虫的腹部，能够承受压力。研究人员惊讶地发现，当压力接近临界点时，这些拼图的连锁部分能够像洋葱一样脱落，而不是被撕掉。Kisailus说：“你可能会认为，如果你把这些碎片拆开，它们会在颈部断裂。”。这使得机翼外壳在不损害整体结构完整性的情况下也能承受一些损伤。