Materiál inspirovaný kroužkovou zbrojí mění pevnost podle tlaku  
Starověký vynález kroužkové zbroje je užitečný dodnes. Materiálové vědce navedl k vývoji nového strukturovaného materiálu ze 3D tištěných navzájem provázaných prvků, který po působení tlaku mění svou tuhost. Mohl by se stát součástí neprůstřelných a ochranných technologií, pokročilých zdravotnických pomůcek nebo třeba přenosných mostů.
Hliníková verze nového materiálu. Kredit: NTU Singapore
Hliníková verze nového materiálu. Kredit: NTU Singapore

Materiály, které mění své vlastnosti po určitém podnětu, se dnes objevují v řadě odvětví, od robotiky, přes letectví až po medicínu. Nejnovější byl vytvořen podle dávné kroužkové zbroje. Díky důmyslnému uspořádání navzájem propojených prvků se může rychle změnit z ohebného na velmi tuhý.

 

Yifan Wang. Kredit: Nanyang Technological University.
Yifan Wang. Kredit: Nanyang Technological University.

Odborníci singapurské Nanyang Technological University a amerického Caltechu o svém produktu mluví jako o „nositelné strukturované látce“ (wearable structured fabric). Z měkké látky, kterou je možné snadno ohýbat a skládat, se v případě potřeby stane pevný materiál, který unese nemalou váhu.

 

Yifan Wang z výzkumného týmu přiznává inspiraci kroužkovou zbrojí. Prototyp jejich látky tvoří navzájem propojené duté plastové prvky z nylonu. Badatelé tyto prvky vytiskli na 3D tiskárně v uspořádání podobném kroužkové zbroji. Propojené prvky poté potáhli plastovým obalem, v němž následně vytvořili vakuum.

 

Zátěžový test nového materiálu v plastové verzi. Kredit: Nanyang Technological University.
Zátěžový test v plastové verzi. Kredit: Nanyang Technological University.

V experimentech se ukázalo, že vnější tlak cca 93 kilopascalů způsobí, že se tuhost struktury zvýší více než 25krát. Když byla nová struktura ve své tuhé podobě a vytvarovaná do podoby „oblouku“, unesla zátěž, jejíž hmotnost 50krát přesahovala hmotnost materiálu. V jiném typu testů pouštěli na svůj nový produkt ocelovou kuličku. V měkkém stavu ho kulička deformovala až do hloubky 26 milimetrů, v tuhém zvládla deformovat pouze do 3 milimetrů.

 

Wangův tým vytiskl i variantu z hliníku. V měkké verzi byl v řadě ohledů podobný měkké verzi materiálu z plastu. V tuhé podobě byl podstatně tužší než tuhá plastová verze, což je dané vlastnostmi hliníku. V budoucnu by kovové verze "staronově" strukturovaných materiálů mohly být obaleny například Kevlarem a stát se součástí neprůstřelných vest a podobných výrobků. Materiály na této bázi by se mohly rovněž uplatnit v exoskeletech, adaptivních podpůrných nástrojích pro pacienty nebo třeba při výrobě přenosných lávek či mostů. Vývoj stále pokračuje a vědci se snaží dosažené parametry ještě vylepšit.

 

Video: NTU Singapore scientists develop fabric that can stiffen on demand

 

Literatura

Nature 596: 238–243.

Caltech 11. 8. 2021.

Datum: 13.08.2021
Tisk článku

Související články:

Neprůstřelné brnění z grafenu     Autor: Stanislav Mihulka (01.12.2014)
Porézní 3D grafen je velmi lehký a přitom desetkrát pevnější než ocel     Autor: Stanislav Mihulka (10.01.2017)
Grafenový pancíř je pro kulky tvrdší než diamant     Autor: Stanislav Mihulka (26.12.2017)



Diskuze:

Kompozit

Milan Vnouček,2021-08-16 07:30:18

I když se to nezdá, dá se "toto" označit jedním slovem "Kompozit".
Splňuje definici interakce dvou odlišných látek a limitem je vzájemné působení povrchů těles - rozhraní prostředí.
U neprůstřelné vesty jde o rozložení tlaku do co největší plochy s přihlédnutím na co nejmenší průhyb, proto se do těch "lepších" vest dávají keramické a jiné pláty, které je bohužel dělají těžké a neohebné. Pokud by se tam dávalo "toto" je zase problém s vakuovým systémem - opět by to bylo těžké a neforemné.
Nápad kompozice 3D struktur z tiskárny pro lepší vlastnosti výrobku mi jako zcestný nepřijde jen je nutné zvolit vhodnou oblast použití.

Odpovědět

Materiál nebo struktura??

D. Hruška,2021-08-13 23:08:01

Materiál je polyamid nebo hliník. To, co v článku skoro dvacetkrát označujete slovem "materiál", se nazývá struktura.

Odpovědět


Re: Materiál nebo struktura??

Josef Hrncirik,2021-08-14 07:42:34

Používají vakuové pumpičky.
Ještě nikdy neviděli nafouklou (ztopořenou) nafukovací matraci. To je zbroj!

Odpovědět

tisk segmentu

Jakub Fiala,2021-08-13 20:51:23

Z článku mi není úplně jasné jestli takhle tisknou celou strukturu nebo jednotlivé segmenty a ty teprve spojuji?

Odpovědět


Re: tisk segmentu

Vojta Ondříček,2021-08-14 17:44:57

V běžně dostupné 3D tiskárně (tavené vlákno) se tohle nedá vyrobit.

Existují však 3D tiskárny používající buď tekutinu, která se (polymerizuje) vytvrzuje laserem, nebo prášek (třeba ten hliníkový), který se laserem spéká. Takovéhle 3D tiskárny by byly schopny vytisknout věrný model eiffelovky, nebo jakékoliv vzdušné a propletené konstrukce modelu z "párátek".

Jinak, když suším na podzim na kotoučky nařezané hrušky, nasypu je pak do plastového pytlíku, odčerpám vzduch a zatavím, tak dostanu celkem pevnou strukturu. Ta pevnost v ohybu pytlíku je daná použitou fólií a obsah pytlíku (polštářku) jen udržuje prostorový odstup té folie.

Ke článku - také mi nebylo hned jasné co vlastně popisuje.
Jednotka tlaku/tahu je sice správně pojmenovaná Pa (Pascal), ale na obrázku je vidět konstrukce tvaru obráceného U zatížená závažím a v tomto případu jde o pevnost jak v tlaku, tak v ohybu. Ta konstrukce by se po ztrátě vnitřního podtlaku ve foliovém polštářku pochopitelně sesypala. Představené plnidlo (tvaru dvojité duté pyramidy) je vzájemně zaháknuté, takže udržuje celkový tvar plošné konstrukce 3D struktury. A výsledný polštářek je oproti mým křížalám zajisté pevnější a i v nevakuovaném stavu lépetvárnější.

No a snad jen poznámka - kroužková košile je objekt sestavený z 2D struktury "plátna" (provázané kroužky v jedné rovině).

Odpovědět


Re: Re: tisk segmentu

Josef Hrncirik,2021-08-15 19:59:29

Nejspíš platí, že když formální průměrné napětí v konstrukci vyvolané zatížením přesáhne možná i jen málo atmosferický tlak konstrukce(téři) ztratí erekci.

Odpovědět


Re: Re: tisk segmentu

Marek Hudik,2021-08-18 10:27:30

Podobné struktury se běžně tisknou i FDM/FFF tiskárnách: https://www.google.com/search?q=chainmail+thingiverse.com/&tbm=isch

Odpovědět



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace