在一种不起眼的亚洲甲虫的外骨骼中发现的独特的机械和光学特性，有可能为如何开发新的、有效的仿生技术提供一个迷人的新视角。

包括来自埃克塞特大学的pete Vukusic教授在内的一个国际科学家团队进行了一项开创性的新研究，揭示了花甲虫(圣甲虫家族的一员)的甲壳内一个独特的、以前不为人知的特性。

研究表明，这种甲虫的甲壳内(或外骨骼的上部)有小微柱，这使其具有足够的强度和灵活性，能够非常有效地抵御伤害。

至关重要的是，这些微柱与外骨骼中高度规则的层状结构结合在一起，这同时赋予了甲虫极其明亮的金属色外观。

在这项新研究中，科学家们使用了复杂的建模技术来确定这两种功能中哪一种对甲虫的生存更重要——非常高的机械强度或明显明亮的颜色。

他们发现，尽管这些微柱确实能增强甲虫壳的韧性，但它们最有利于优化产生其显著外观的彩色光的散射。

这项研究本周发表在《美国国家科学院院刊》(pNAS)上。

Vukusic教授与弗吉尼亚理工大学的Li教授和麻省理工学院的Kolle教授是这项研究的三位领导者之一，他说:“弗吉尼亚理工大学、麻省理工学院、哈佛大学和埃克塞特大学的实验室是材料、力学和光学领域的先驱，他们的密切合作才使这项研究产生的惊人见解成为可能。我们接下来将利用这些仿生原理，这将是一段更加激动人心的旅程。”

这项开创性研究的种子早在16年前就已播下，是由Vukusic教授在埃克塞特大学物理实验室创建的一个简短项目的一部分。那些由热情的本科生所做的早期测试和测量揭示了其有趣的多功能的可能性。

最初一批本科生研究了甲虫外壳的形状和结构，试图了解它们颜色的简单起源，就在那个时候，他们第一次注意到诱导强度的微柱的存在。

Vukusic教授最终将这些初步发现交给了合作者，弗吉尼亚理工大学的Ling Li教授、哈佛大学以及麻省理工学院的材料科学和应用光学教授的Mathias Kolle教授。通过更复杂的测量和建模技术，联合研究团队还确认了微柱在增强甲虫强度和韧性方面的独特作用，同时又不影响其强烈的金属色。

这项研究的结果也可能有助于激发新一代仿生材料，以及更传统的进化研究。

通过了解哪一种功能对这些甲虫更有利，科学家可以开发新的技术来复制和复制外骨骼结构，同时确保它具有明亮的颜色外观和高效的强度和韧性。

Vukusic教授补充说:“像这样的自然系统从来不会让人印象深刻，无论是光学、机械还是其他功能领域。它们的光学或机械特性似乎也高度包容各种各样的缺陷，继续为我们提供科学和技术途径的教训，我们绝对应该探索。在这一旅程中，有令人激动的科学等着我们。”

Microstructural design for mechanical–optical multifunctionality in the exoskeleton of the flower beetle Torynorrhina flammea

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