Wissenschaftler finden ein Geheimnis für die Stärke von “nicht zerquetschbaren” eisernen Käfern

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PARIS, FRANKREICH – Der teuflische eiserne Käfer sieht aus, als wäre er in apokalyptischen Bränden geschmiedet worden und hat den hervorragenden Ruf, von einem Auto erstochen oder überfahren zu werden.

Jetzt haben Wissenschaftler einen Puzzle-ähnlichen Mechanismus in ihren Exoskeletten gefunden, der der kleinen Kreatur hilft, Kräfte zu tolerieren, die das 39.000-fache ihres eigenen Körpergewichts betragen.

Ihre Entdeckung könnte Auswirkungen auf Technik und Robotik haben, sagen Experten, und sogar die Position von Kakerlaken als Modelle für die Unzerstörbarkeit von Insekten in Frage stellen.

Der Käfer, der nicht mehr die Fähigkeit seiner Vorfahren hat, vor Raubtieren wegzufliegen, hat laut der neuen Studie, die in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, quetschresistente exoskelettale Vorderflügel – Elytra genannt – als Schutz entwickelt.

Der Käfer, der ungefähr zwei Zentimeter lang ist, ist ein in Eichen lebender Pilzfresser, der hauptsächlich an der Westküste Nordamerikas lebt.

Trotz seines wilden Namens neigt es dazu, in ein Versteck zu rennen oder sich bei einem Angriff tot zu stellen, unterstützt durch seinen rauhen, schroffen schwarzen Körper, der ihm das Aussehen eines kleinen Felsens verleiht.

“Abgesehen von der Täuschung des Todes hat dieser Käfer eine bemerkenswerte Fähigkeit, Quetsch- und Stichschlägen von Raubtieren und sogar gelegentlichen Autos standzuhalten”, heißt es in der Studie.

Es heißt, sie seien so robust, dass Entomologen häufig die Stahlstifte biegen, die sie verwenden, wenn sie versuchen, die Käfer in Vitrinen zu montieren.

Wissenschaftler aus den USA und Japan untersuchten die Struktur des Käfer-Elytra, die es ihm ermöglicht, Kräften von bis zu 149 Newton standzuhalten – ungefähr dem 39.000-fachen seines Körpergewichts.

Sie fanden heraus, dass es signifikant mehr war, als andere ähnliche Käfer tolerieren konnten.

“KOMPRESSIBLE ROBOTER”

Mithilfe fortschrittlicher Bildgebungstechniken stellten die Forscher fest, dass der Käfer eine Reihe von ineinandergreifenden, puzzleförmigen Gelenken in seinem Elytra aufweist, und stellten fest, dass die Form dieser Klingen und ihre laminierte Mikrostruktur das Exoskelett zäh machten.

Sie kamen zu dem Schluss, dass die starke und dennoch flexible Struktur es den Käfern ermöglicht, sich unter Felsen zu verstecken oder sich in engen Räumen in der Baumrinde zu verziehen, um Schutz zu bieten und zusätzliches Gewicht zu tragen, ohne ihre inneren Organe zu beschädigen.

Anschließend untersuchten die Forscher mithilfe von 3D-Druck und Simulationen, ob diese geometrische Struktur als mechanisches Befestigungselement zum Verbinden verschiedener Materialien wie Kunststoffe und Metall verwendet werden kann, ähnlich wie dies bei Turbinen in der Luft- und Raumfahrtindustrie erforderlich ist.

Die Studie ergab, dass diese von teuflischen Käfern inspirierten Konstruktionen im Vergleich zu einer häufig verwendeten technischen Verbindung eine verbesserte Festigkeit und eine signifikant erhöhte Zähigkeit bieten.

Po-Yu Chen vom Institut für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik der National Tsing Hua University in Taiwan sagte, das Gewicht, dem das Insekt standhalten könne, sei etwa zehnmal höher als die von potenziellen Raubtieren erzeugten Beißkräfte.

“Kakerlaken haben eine ähnliche Formänderungsfähigkeit, die das Design eines komprimierbaren Roboters inspiriert hat, der sich in enge Räume quetschen und darin bewegen kann. Mit solchen Robotern könnten Überlebende in eingestürzten Gebäuden nach Katastrophen gesucht werden”, sagte er in ein Kommentar in der Natur.

Po-Yu Chen, der nicht mit der Forschung verbunden war, sagte, dass mehr Forschung über die möglichen technischen Verwendungen der Struktur erforderlich sei, sagte jedoch, dass der teuflische eiserne Käfer “jetzt neue Designs für kompressible Roboter oder für gepanzerte Fahrzeuge inspirieren könnte”.

“Und die Arbeit der Autoren zeigt, dass man die Fähigkeiten von Insekten niemals unterschätzen sollte”, fügte er hinzu.

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