Учени от MIT създадоха устойчиви на удари материали, вдъхновени от крилата на водните кончета
Учени от Масачузетския технологичен институт (MIT) и Northeastern University разработиха нов клас материали, които понасят силни удари благодарение на структура, вдъхновена от природата. Вместо да разчитат на повтарящи се геометрични форми, те използват сложни мрежи от свързани елементи, подобни на жилките в листата и крилата на водните кончета.
Материалите, наречени „метаматериали с богата мащабна структура„, са създадени чрез контролирано въвеждане на неравномерност. Физическите тестове показват, че те поглъщат по-ефективно внезапни удари, позволяват регулиране на твърдостта и могат да предпазват деликатни предмети, поставени във вътрешността им.
Изследването оспорва досегашния подход при разработването на синтетични метаматериали. В продължение на десетилетия инженерите се стремят към максимално подредени структури с еднакви микроскопични елементи. Такива са например твърдите решетки и пчелните пити.
Проблемът при тях е, че повредата на един елемент може да предизвика верижно разрушаване. Когато една клетка в повтарящата се структура се напука или пробие, съседните клетки са изложени на сходно натоварване и също могат да се повредят.
Екипът на доцента от MIT Карлос Портела и физика от Northeastern University Алберт-Ласло Барабаши търси начин да избегне този ефект. Барабаши е специалист по мрежови структури и изследва как различни системи запазват устойчивостта си при повреди.
Изследователите разработват алгоритъм, който генерира виртуален модел на материала без повтарящи се елементи. Програмата избира произволна точка в пространството и прокарва линия през определена област. След това избира втора точка и чертае нова линия, която спира при пресичане с първата или при достигане на границата на областта.
Процесът се повтаря хиляди пъти. Така се получава гъста мрежа от пресичащи се греди с различна дължина и дебелина. Резултатът наподобява естествените мрежи от жилки в листата, нервните връзки и дори архитектурата на интернет.
Твърдостта на крайния материал може да се регулира чрез промяна на два параметъра в алгоритъма. Единият определя дебелината на първоначалната линия, а другият – колко бързо изтъняват следващите линии. След компютърните симулации учените отпечатват 3D образци от полимер с размерите на кредитна карта. В тях са включени свързани греди с размери от микрометри до сантиметри.
Физическите изпитания показват, че новите структури превъзхождат традиционните подредени материали при различни натоварвания. Те поемат силни внезапни удари, без да се огъват и разрушават по същия начин. Освен това могат да бъдат произведени с широк диапазон от твърдост и да омекотяват ударите върху чупливи предмети, разположени във вътрешността им.
„Това е напълно нов начин на мислене за метаматериалите„, коментира Карлос Портела. По думите му новият подход към проектирането на мрежести структури дава възможност за създаване на микроструктури с механични свойства, които досега не са били постижими.
Сред потенциалните приложения са спортни каски, леки защитни брони и акустични лещи. Последните биха могли да насочват звукови вълни и вибрации с висока прецизност.
Резултатите от изследването са публикувани в научното списание Nature.
Ако вярвате в правото си на обективна информация, подкрепете ни.
Вашето дарение от всякакъв размер и по всяко време означава много за нас.
Скъпи читатели,
Днес, повече от всякога, независимата журналистика има нужда от вас.
В мисията си да предоставяме обективни, достоверни и навременни новини разчитаме на вашата подкрепа.
Ако вярвате в правото си на обективна информация, подкрепете ни.
Ако вярвате в правото си на обективна информация, подкрепете ни.
Вашето дарение от всякакъв размер и по всяко време означава много за нас.
Скъпи читатели,
Днес, повече от всякога, независимата журналистика има нужда от вас.
В мисията си да предоставяме обективни, достоверни и навременни новини разчитаме на вашата подкрепа.
Ако вярвате в правото си на обективна информация, подкрепете ни.
Post Comment