Інженери Університету RMIT створили революційний матеріал з подвійною решітковою структурою, натхненний глибоководною губкою, що має надзвичайну міцність на стиск і жорсткість.
Природне натхнення для інженерного прориву
Дизайн нового матеріалу запозичений у скелета глибоководної губки, відомої як “квітковий кошик Венери”. Ця непримітна морська істота мешкає в Тихому океані. Використовуючи цю біологічну модель, дослідники розробили структуру з унікальними властивостями.
Провідний автор дослідження, доктор Джіамінг Ма, зазначає: “У той час як більшість матеріалів стають тоншими при розтягуванні або товстішими при стисканні, як гума, ауксетики поводяться навпаки”. Саме ця ауксетична поведінка відкриває широкі можливості для застосування.
Структура демонструє вражаючі характеристики при випробуваннях. Вона ефективно поглинає та розподіляє енергію удару. При однаковій кількості матеріалу решітка в 13 разів жорсткіша за існуючі ауксетичні конструкції.
Переваги інноваційної конструкції
Новий матеріал вирішує ключову проблему традиційних ауксетиків – їх обмежену жорсткість. Поєднання двох решіток створює саморегулюючу систему, яка зберігає форму під навантаженням.
Дослідження показало, що матеріал поглинає на 10% більше енергії. Водночас він зберігає амортизаційні властивості та має на 60% більший діапазон деформації порівняно з існуючими структурами.
Доктор Нгок Сан Ха підкреслює: “Наш ауксетичний метаматеріал з високою жорсткістю і поглинанням енергії може запропонувати значні переваги в різних секторах”. Ці сектори включають будівельні матеріали, захисне обладнання та медичні застосування.
Практичне застосування та перспективи
Решітчаста структура може функціонувати як сталевий каркас будівлі. Це дозволить використовувати менше сталі та бетону для досягнення тих самих результатів, що й традиційний каркас.
Почесний професор Майк Сі наголошує на значенні біомімікрії: “Біомімікрія не лише створює красиві та елегантні конструкції, але й створює розумні рішення, оптимізовані протягом мільйонів років еволюції”.
Команда випробувала дизайн за допомогою комп’ютерного моделювання та лабораторних тестів. Для цього використовувався 3D-друкований зразок із термопластичного поліуретану.
Наступним етапом буде виготовлення сталевих версій конструкції для використання в бетонних та трамбованих земляних конструкціях. Дослідники також планують інтегрувати дизайн з алгоритмами машинного навчання для подальшої оптимізації.
Ауксетичні та енергопоглинаючі властивості матеріалу можуть допомогти пом’якшити вібрації під час землетрусів. Це робить його особливо цінним для будівництва в сейсмічно активних регіонах.