Вчені з Texas A&M University у співпраці з Армійською дослідницькою лабораторією США створили інноваційний матеріал — гібридну піну, яка має здатність поглинати до десяти разів більше енергії удару в порівнянні зі стандартними м'якими підкладками.
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.
Керівництво проектом здійснював доктор Мохаммад Нарагі, директор лабораторії наноструктурованих матеріалів у Texas A&M, у співпраці з дослідником з Армійської лабораторії доктором Еріком Ветцелем.
Піна активно застосовується в захисних прокладках завдяки своїй пористій структурі, яка стискається під впливом тиску, що дозволяє знижувати енергію удару. Проте, звичайна піна має нерегулярну внутрішню будову, що не завжди забезпечує ефективне поглинання інтенсивних ударів.
Інженерні решітчасті матеріали мають потенціал для покращення своїх характеристик, однак їх виробництво в масових обсягах є складним та коштовним процесом. Для подолання цієї перешкоди команда розробила інноваційну технологію під назвою In-Foam Additive Manufacturing (IFAM). Ця технологія використовує комп'ютерний 3D-друк для створення еластичних пластикових стійок всередині відкритопористої піни.
За словами Еріка Ветцела, IFAM представляє собою легкий у керуванні комп'ютером виробничий процес, що дозволяє створити еластичну структуру всередині звичайної піни.
Вчені мають можливість коригувати товщину, відстань і кут розташування стійок, щоб адаптувати характеристики матеріалу. У процесі стиснення пінна структура взаємодіє з пластиковими компонентами, забезпечуючи їхню синергію.
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 отримав підтримку від американських збройних сил, які проявляють інтерес до матеріалів, що мають здатність ефективно гасити енергію ударів. Ці інноваційні матеріали можуть знайти застосування в балістичних шоломах і сидіннях, призначених для захисту від вибухових хвиль.
За словами Ветцела, матеріали, що поглинають енергію, важливі для багатьох військових застосувань, зокрема для захисного спорядження.
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.
Завдяки своїй легкій вазі, новий матеріал здатен значно покращити захист військовослужбовців, не заважаючи їхній маневреності.
Крім військових застосувань, технологію можуть використати у велосипедних, мотоциклетних і спортивних шоломах.
Науковці також аналізують потенціал застосування цього матеріалу в автомобільній промисловості — зокрема, в інтер'єрі або бамперах, що дозволить ефективніше поглинати енергію ударів і підвищити рівень безпеки для пасажирів.
Іншим потенційним напрямком є побутова продукція, зокрема матраци та сидіння. Вносячи зміни в організацію стійок, можна формувати зони з варіантами жорсткості та комфортності.
Окрім цього, дослідники досліджують можливість того, що така внутрішня структура здатна поглинати звукові хвилі та вібрації. Це може виявитися корисним для зменшення рівня шуму в транспортних засобах і спорудах.
#Пасажир #Промислові процеси #Звук #Велосипед #Шум #Пластик #Балістика #Вібрація #3D-друк #Автомобіль #Енергетика #Шолом #Комп'ютер #Піна #Куля #Армія Сполучених Штатів #Техаський університет A&M #Туша #Мотоцикл
