Необычный адаптивный материал: удивительная кольчуга, способная изменять жесткость
Материалы, которые изменяют свои свойства в ответ на определенные стимулы, могут занять ценную нишу во многих областях, от робототехники до медицины и современных самолетов. Уникальный пример подобной технологии изменения формы был представлен в виде имитации древней кольчужной брони, позволяющей быстро переключаться с гибкой версии на жесткую благодаря особенностям материала. Перевод: SOLENKA.INFO - Анастасия Королькова
Этот материал был разработан учеными из Наньянского технологического университета в Сингапуре и Калифорнийского технологического института в США, которые описывают его как тип «текстурированной пригодной для носки ткани». С точки зрения физики, его возможности обеспечиваются тем же принципом, по которому запечатанный рис или сахарный песок в пакете затвердевают при прессовании, а все потому, что частицам остается все меньше и меньше места для движения.
Команда намеревалась создать ткань, которую можно было бы легко превратить из мягкой и податливой в прочную, как плащ Бэтмена в фильме «Бэтмен: Начало» 2005 г. Для этого команда решила изучить, как структурированные, но полые частицы могут быть связаны вместе, чтобы сформировать ткань с жесткостью, которую можно изменить по команде.
«Вдохновленные кольчугой, мы использовали полые пластиковые частицы, которые переплетаются наподобие кольчужных колец, что позволило нам увеличить жесткость ткани и сделать ее регулируемой», — сказал автор исследования Ван Ифань. «Чтобы еще больше повысить жесткость и прочность материала, в настоящее время мы работаем над тканями из различных металлов, включая алюминий. Их можно использовать для крупных промышленных объектов, требующих высокой прочности, таких как мосты или здания. Частицы материала в форме октаэдра печатаются на 3D-принтере из нейлонового пластика и укладываются в кольчугу, которая затем помещается в пластиковый пакет и запечатывается вакуумом. Это увеличивает плотность упаковки за счет «сортировки» частиц и увеличения точек контакта между ними, в результате чего структура становится в 25 раз более жесткой.
При преобразовании в плоскую конфигурацию ткань способна выдерживать нагрузку в 1,5 кг, что в 50 раз превышает ее собственный вес. Если стальной шарик уронить на мягкую ткань, он утонет на 26 мм; если точно такой же шарик уронить на твердую форму, то он размоется всего на 3 мм.
Затем ученые напечатали 3D-версию материала с использованием алюминия, который оказался таким же податливым и мягким, как и нейлоновая версия. Но в цельной конфигурации материал был намного жестче за счет того, что сам алюминий намного жестче нейлона.
Там, где для герметизации нейлоновой версии использовался пластиковый пакет, металлическая версия может быть инкапсулирована кевларом, чтобы сформировать, например, защитную ткань для пуленепробиваемых жилетов. Другие потенциальные приложения для обеих версий включают экзоскелеты: адаптивные модели могут изменять жесткость по мере выздоровления пациента.
