Гібридна піна. Вчені створили матеріал, який поглинає удари у 10 разів ефективніше за звичайні матеріали

Про це пише видання Interesting Engineering.

Матеріал поєднує звичайну піну з надрукованими на 3D-принтері пластиковими колонками всередині. Ці гнучкі елементи, які називають стійками, утворюють внутрішній каркас. Він зміцнює піну і допомагає їй краще витримувати тиск та удари.

Читайте также: Після критики митців. Уряд Великої Британії відклав рішення щодо авторського права для навчання ШІ

Роботу очолив директор лабораторії наноструктурованих матеріалів Texas A&M доктор Мохаммад Нарагі разом із дослідником Армійської лабораторії доктором Еріком Ветцелем.

Піна широко використовується в захисних підкладках, бо її структура з повітряними порами стискається під тиском і таким чином розсіює енергію удару. Але у звичайної піни внутрішня структура хаотична, тому вона не завжди ефективно поглинає сильні удари.

Інженерні решітчасті матеріали можуть працювати краще, але їх складно й дорого виробляти у великих масштабах. Щоб вирішити цю проблему, команда розробила технологію In-Foam Additive Manufacturing(IFAM). Вона дозволяє за допомогою комп’ютерного 3D-друку створювати всередині відкритопористої піни мережу еластичних пластикових стійок.

За словами Еріка Ветцела, IFAM — це простий керований комп’ютером виробничий процес, який дає змогу сформувати еластичний каркас всередині звичайної піни.

Дослідники можуть змінювати товщину, відстань і кут розташування стійок, щоб налаштовувати властивості матеріалу. Під час стискання пінна структура і пластикові елементи працюють разом.

На початку навантаження піна підтримує стійки і не дає їм швидко згинатися. Коли тиск зростає, стійки розподіляють силу в навколишню піну, завдяки чому навантаження розсіюється, а матеріал поглинає більше енергії.

Нарагі пояснив, що ефект виникає завдяки взаємодії двох матеріалів — піни та стійок, які працюють як єдина система.

Проєкт підтримала армія США, яка зацікавлена у матеріалах, здатних ефективно поглинати енергію ударів. Такі матеріали можуть використовуватися у балістичних шоломах і сидіннях, стійких до вибухових хвиль.

За словами Ветцела, матеріали, що поглинають енергію, важливі для багатьох військових застосувань, зокрема для захисного спорядження.

Читайте также: Святилище над хмарами. Науковці знайшли докази існування давнього культу на вершинах німецьких скель

Дослідники вважають, що нова піна може значно підвищити рівень захисту у військових шоломах. Вони мають не лише зупиняти уламки або кулі, а й пом’якшувати удари під час падінь чи зіткнень.

Нарагі зазначив, що йдеться не про додавання ще одного шару підкладки, а про створення композитного захисного елемента, який міцніший за сучасні матеріали і водночас достатньо легкий для тривалого носіння.

Через невелику вагу новий матеріал може підвищити рівень захисту військових, не обмежуючи їхню рухливість.

Крім військових застосувань, технологію можуть використати у велосипедних, мотоциклетних і спортивних шоломах.

Дослідники також вивчають можливість використання матеріалу в автомобілях — наприклад, у салоні або бамперах, щоб краще поглинати силу зіткнень і підвищувати безпеку пасажирів.

Ще один можливий напрямок — побутові товари, зокрема матраци та подушки для сидіння. Змінюючи розташування стійок, можна створювати ділянки з різною жорсткістю і рівнем комфорту.

Крім того, вчені перевіряють, чи зможе така внутрішня структура також поглинати звук і вібрації, що може бути корисним для зменшення шуму в автомобілях і будівлях.