Kuloodporna odzież w drodze? Materiał nowej generacji staje się twardy na żądanie (+ wideo)

Materiały, które zmieniają swoje właściwości w odpowiedzi na określone bodźce, mogłyby znaleźć cenne miejsce w wielu dziedzinach, od robotyki przez opiekę medyczną po nowoczesne samoloty. Nowy przykład takiej technologii zmiany kształtu jest wzorowany na starożytnym pancerzu typu chainmail, pozwalając mu na szybką zmianę z elastycznego w sztywny dzięki starannie rozmieszczonym cząsteczkom blokującym.

Materiał został opracowany przez naukowców z Nanyang Technological University w Singapurze i Caltech w USA, którzy opisują go jako rodzaj "nadającej się do noszenia tkaniny strukturalnej". Z punktu widzenia fizyki, jego możliwości są możliwe dzięki tzw. przejściu zakleszczania - tej samej zasadzie, która powoduje, że próżniowo zamknięty ryż lub fasola zestalają się, gdy są ciasno upakowane, pozostawiając niewiele miejsca na ruch cząsteczek.

Zespół postawił sobie za cel opracowanie tkaniny, która z łatwością przekształci się z miękkiej i składanej w sztywną i odporną na obciążenia, wskazując jako przykład to, jak peleryna Batmana przekształciła się w szybowiec w filmie Batman: Incepcja z 2005 roku. Aby tego dokonać, zespół zaczął badać, w jaki sposób można połączyć ze sobą cząsteczki o odpowiedniej strukturze, ale puste w środku, aby stworzyć tkaninę o sztywności, którą można zmieniać na żądanie.

Cząstki w kształcie ośmiościanu stworzone przez zespół zostały wydrukowane w 3D na plastiku nylonowym w formie łańcucha, który następnie został zamknięty w plastikowej kopercie i uszczelniony przy użyciu próżni. Zwiększyło to gęstość pakietu poprzez wciągnięcie starannie zaprojektowanych cząsteczek do środka i zwiększenie punktów styku między nimi, co w rezultacie dało strukturę 25 razy sztywniejszą.

Podczas manipulacji z płaską, przypominającą stół konstrukcją, tkanina utrzymywała obciążenie 1,5 kg, czyli 50 razy więcej niż wynosiła jej masa własna. W innym teście, mała stalowa kulka została upuszczona na tkaninę w stanie rozluźnionym, powodując jej deformację o 26 mm, a następnie upuszczona z powrotem na tkaninę w stanie sztywnym, powodując jej deformację o zaledwie 3 mm.

Zespół pracuje obecnie nad poprawą wydajności materiału i bada nowe sposoby jego usztywnienia, w tym magnetyzm, temperaturę i elektryczność.

Źródło: natura

Ilustracje: Nanyang Technological University