Инженеры из Калифорнийского технологического института и Лаборатории реактивного движения разработали материал, вдохновленный кольчугой, который под давлением может трансформироваться из мягкого и гибкого состояния в определенные твердые формы.
По словам авторов, у материала есть потенциальные применения в качестве умной ткани для экзоскелетов, или в качестве адаптивного гипса, который регулирует его жесткость по мере заживления травмы, или даже в качестве разворачиваемого моста, который можно развернуть и укрепить.
Исследователи стремились достичь тех же свойств, которые неоднократно показывались у различных материалов в фантастических произведениях, вроде накидок, способных одним движением становится прочным щитом для своих носителей.
Материалы, которые изменяют свойства подобным образом, уже существуют вокруг нас. Отдельные частицы кофе и песка имеют сложную, но разрозненную форму и могут застрять только при сжатии. Однако листы связанных колец могут заклиниваться как при сжатии, так и при растяжении (при сдвиге или разрыве). Ученые протестировали ряд частиц, чтобы увидеть, какие из них обладают гибкостью и регулируемой жесткостью.
Чтобы изучить, какие материалы будут работать лучше всего, исследователи разработали ряд конфигураций связанных частиц из соединение колец для соединения кубов с соединением октаэдров (которые напоминают две пирамиды, соединенные в основании). Материалы были 3-D распечатаны из полимеров и даже металлов. Затем эти конфигурации были смоделированы на компьютере с задействованием экспертов по моделированию сыпучих материалов.
Инженеры применяли внешнее напряжение, сжимая ткани с помощью вакуумной камеры или сбрасывая груз, чтобы контролировать застревание материала. В одном эксперименте ткань для кольчуги с вакуумным замком была способна выдержать нагрузку в 1,5 кг, что более чем в 50 раз превышает собственный вес ткани. Ткани, которые демонстрировали самые большие различия в механических свойствах (от гибких до жестких), были тканями с большим средним числом контактов между частицами, такими как связанные кольца и квадраты, похожие на средневековые кольчуги.
Эти ткани имеют потенциальное применение в интеллектуальном носимом оборудовании: в незащищенном виде они легкие, эластичные и удобные в носке; после перехода к твердому виду они становятся поддерживающим и защитным слоем на теле пользователя.
Параллельно с работой над так называемыми умными материалами, которые представляют собой ткани, которые могут изменять форму до определенных конфигураций по желанию, ученые недавно продемонстрировали метод управления формой поверхности с помощью встраивания сетей из термочувствительных жидкокристаллических эластомеров (ЖКЭ), тонких полосок полимера, которые сжимаются при нагревании. Эти LCE содержат растягивающиеся нагревательные катушки, которые могут заряжаться электрическим током, который нагревает их и заставляет сокращаться. Когда LCE сжимались, они тянули за гибкий материал, в который они были встроены, и сжимали его, придавая заранее заданную твердую форму.
В дальнейшем команда планирует миниатюризировать и оптимизировать дизайн как структурированных структур, так и интеллектуальных систем, чтобы приблизить их к практическому применению.
