Необычный адаптивный материал: удивительная кольчуга, способная изменять жесткость
Этот материал был разработан учеными из Сингапурского технологического университета Наньяна и Калифорнийского технологического института в США, которые описывают его как разновидность «пригодной для носки структурированной ткани». С точки зрения физики, ее возможности обеспечиваются тем же принципом, который заставляет герметично запечатанный в пакете рис или сахарный песок твердеть по мере надавливания – все потому, что у частиц остается все меньше места для движения.
Команда намеревалась создать ткань, которую можно было бы легко превратить из мягкой и подвижной в жесткую, как это делал плащ Бэтмена в фильме «Бэтмен: Начало» 2005 года. Для этого команда начала исследовать, как структурированные, но полые частицы могут соединяться друг с другом для формирования ткани с жесткостью, которую можно изменить по команде.
«Вдохновившись кольчужным доспехом, мы использовали пластиковые полые частицы, которые сцеплены друг с другом подобно кольцам кольчуги, что позволило повысить жесткость ткани и сделать ее регулируемой», — рассказал автор исследования доцент Ван Ифань. «Чтобы еще больше повысить жесткость и прочность материала, в настоящее время мы работаем над тканями, изготовленными из различных металлов, включая алюминий. Они могут быть использованы для крупных промышленных приложений, требующих высокой прочности, таких как мосты или здания».
Частицы материала в форме октаэдра напечатаны на 3D-принтере из нейлонового пластика и уложены в виде кольчуги, которая затем помещается в пластиковый конверт и уплотняется с помощью вакуума. Это увеличивает плотность упаковки, «сортируя» частицы и увеличивая точки соприкосновения между ними, в результате чего структура становится в 25 раз более жесткой.
При преобразовании в плоскую конфигурацию, ткань способна выдерживать нагрузки в 1,5 кг, что в 50 раз превышает ее собственный вес. Если небольшой стальной шарик уронить на ткань, когда та будет мягкой, она провиснет на 26 мм; если точно такой же шарик уронить на жесткую форму, то та промнется всего на 3 мм.
Затем ученые напечатали на 3D-принтере версию материала с использованием алюминия, который, как выяснилось, обладает такой же податливостью и мягкостью, что и нейлоновая версия. Но в твердой конфигурации материал оказался намного жестче из-за того, что и сам алюминий намного жестче нейлона.
Там, где для герметизации нейлоновой версии использовался пластиковый конверт, металлическую версию можно инкапсулировать кевларом, чтобы, к примеру, сформировать защитную ткань для пуленепробиваемых жилетов. Другие потенциальные приложения для любой версии включают экзоскелеты: адаптивные модели могли бы изменять жесткость по мере выздоровления пациента. А представьте себе мосты, которые можно разворачивать как рулоны бумаги и затем делать твердыми всего за пару минут?
Это изобретение может переключаться между гибким и жестким состоянием — прямо как плащ Бэтмена