3D-принтер печатает «кольчугу» переменной жёсткости

Учёные Наньянского тех­но­логи­чес­ко­го уни­вер­си­тета (Nanyang Technological University, NTU) и Ка­лифор­ний­ско­го тех­но­логи­чес­ко­го института опуб­ли­кова­ли в журнале Nature статью, в которой подробно описываются исс­ле­дова­ния новой «умной ткани», подобной кольчуге, которая изменяет жесткость при сжатии.

Сама кольчуга напечатана на 3D-принтере из нейлона, и каждое звено цепи имеет форму октаэдра. Пус­то­телость единичных частиц обес­пе­чива­ет низкую плотность и в то же время высокую жесткость при растяжении ткани.

-Восьмиугольные октаэдры <nobr>сцеплены</nobr> и составляют единое целое

Отдельные «единичные частицы» то­поло­гичес­ки сцеплены подобно кольчуге образуя форму непрерывной рыхлой ткани. Несмотря на явно трёхмерные единичные частицы, ткань в целом больше похожа на 2-мерную структуру

Для контроля жёсткости структуры исс­ле­дова­тели запаяли «кольчугу» в прозрачный пластиковый пакет, из которого можно откачивать воздух. Вакуум сжимал единичные частицы вместе, заставляя октаэдры «сцепляться» и, таким образом, ог­ра­ничи­ва­ая движение каждого звена кольчуги, а, сле­дова­тель­но, увеличивая жёсткость общей структуры. Механизм, с помощью которого частицы сцепляются друг с другом, называется «переходным схва­тыва­ни­ем» или «переходным заеданием».

Давление увеличивает плотность пакета, в результате каждая частица имеет больший контакт со своими соседями, в результате чего ткань октаэдр-структур становится в 25 раз более жёсткой. Сфор­ми­рован­ная в плоскую конструкцию, такая «за­фик­си­рован­ная» вакуумом ткань, может выдерживать нагрузку в 1,5 кг, что более чем в 50 раз превышает вес самой ткани.

Благодаря тому, что ткань построена с помощью октаэдров, готовая структура может фик­си­ровать­ся в достаточно про­из­воль­ных формах, например, как эта форма моста на иллюстрации.

В другом экс­пе­римен­те исс­ле­дова­тели бросили небольшой 30-граммовый стальной шарик на кольчугу. Удар де­фор­ми­ровал ткань до 26 мм, когда она была «расслаблена», но только на 3 мм, когда она была жёсткой, что в шесть раз уменьшило глубину про­ник­но­вения.


«Мы хотели создать материалы, которые могут изменять жёсткость по команде. Мы хотели бы создать ткань, которая переходит от мягкой и скла­дыва­емой, к жёсткой несущей конструкции конт­ро­лиру­емым образом»,- сказала профессор Кьяра Дарайо, профессор ма­шиност­ро­ения и прикладной физики в Ка­лифор­ний­ском тех­но­логи­чес­ком институте.

«Благодаря лёгкой и наст­ра­иваемой ткани, которую легко менять с мягкой на жёсткую, мы можем помочь пациентов, например, при создании эк­зоске­летов, могут помочь стоять, переносить грузы и выполнять пов­седнев­ные задачи», — сказал Асст. Профессор Ифань Ван из Син­га­пурс­кой школы ма­шиност­ро­ения и аэро­кос­ми­чес­кой инженерии NTU.

«Вдох­новлен­ные древними кольчужными доспехами, мы ис­поль­зо­вали пластиковые полые частицы, которые сцеплены друг с другом, чтобы повысить жёсткость наших наст­ра­иваемых тканей», — сказал Асст. Профессор Ван из Школы механики и аэро­кос­ми­чес­кой инженерии NTU.

«Для дальнейшего повышения жёсткости и прочности материала мы работаем над тканями, из­го­тов­ленны­ми из различных металлов, включая алюминий. Такой материал уже будет пригоден для круп­но­масш­таб­ных про­мыш­ленных применений, требующих более высокой гру­зоподъ­ём­ности, таких как мосты или здания».


Ме­тал­ли­чес­кие структуры переменной жёсткости (Фото: Caltech)

В будущем команда Ка­лифор­ний­ско­го тех­но­логи­чес­ко­го института и NTU Сингапура намерена расширить свою де­ятель­ность на другие материалы, а также исследовать новые (без ис­поль­зо­вания вакуума) средства контроля жёсткости тканевых структур, такие как магнетизм, элект­ри­чест­во или температура.

Узнать больше о кольчуге (и, возможно, даже спро­ек­ти­ровать и распечатать свою собственную), вы можете с помощью научной статьи, по ссылке.


Тут используют cookie и ведут сбор технических данных о посещениях, потому как без этого интернет-сайты вообще почти не работают…