加州大学欧文分校的工程师获得空军资助，用于研究特殊甲虫的外骨骼

由加州大学欧文分校的研究人员领导的一个团队从空军科学研究办公室获得了904,000美元的赠款，用于一个为期四年的项目，以揭示两种甲虫物种外骨骼的多尺度建筑特征和功能。这项工作的目标是揭示新的设计，这些设计既能提供强大的机械性能，又能表现出热稳定性等其他特性。该小组由UCI材料科学与工程教授David Kisailus领导，将致力于翻译生物身体的“蓝图”，以开发可用于国防，航空航天和其他应用的高性能多功能工程材料。在 2020 年发表在 《自然》 杂志上的一篇论文中，Kisailus 领导了一个团队，揭示了恶魔般的铁甲虫超凡脱俗的坚韧背后的一些秘密，这是一种原产于美国西南部和墨西哥沙漠的不会飞的昆虫。在这项新资助的AFOSR研究中，首席研究员Kisailus与普渡大学土木工程教授Pablo Zavattieri的同事将进一步研究铁甲虫和空中亲戚日本犀牛甲虫的鞘翅或保护性前翅。

他们将把先进的高分辨率显微镜、光谱和纳米力学分析与计算机建模相结合，研究不同甲虫鞘翅的纳米和微观结构和功能。虽然犀牛甲虫的鞘翅可以张开飞行，但铁甲虫的鞘翅——正如 Kisailus 的团队之前所证明的那样，它可以保护甲虫免受被汽车碾压等极端事件的影响——被固定在适当的位置，必须作为抵御捕食者袭击的坚固盾牌，同时也使昆虫能够在极端沙漠条件下生存。通过获取甲虫表面和鞘翅内的高分辨率3D化学和结构图，研究人员将尝试了解这种令人难以置信的生物如何不仅可以保护自己免受捕食者的侵害，还可以在超干燥和炎热的环境中保持凉爽。除此之外，科学家们将研究这些结构中的蛋白质，以了解它们在这些复杂特征的自组装中的作用。他们预计，他们的努力将揭示关键的蓝图，以指导新一代人造多功能工程结构的设计和制造。

“这项工作是高度跨学科的，利用材料科学，生物学和物理学，结合尖端仪器，揭示新的设计规则，并提供有关生物系统如何构建这些独特结构的见解，”Kisailus说。“我们将在这里进行的研究将导致建筑材料的开发，这些材料不仅可以作为高性能结构材料，还可以实现多功能性，这在当前的工程结构中并不容易实现。”他预计，这项研究将导致具有集成热调节能力的轻质、抗压和抗冲击材料，用于防护装备以及在陆地、空中和外太空运行的车辆。Kisailus还预计，这项工作将对制造业、汽车和航空航天行业产生重大影响。