Новий матеріал для авто сам підлаштовується під силу удару
Дослідники з університетів Шотландії та Італії представили інноваційний захисний матеріал, здатний істотно підвищити безпеку автомобілів під час аварій. Йдеться про адаптивний метаматеріал, створений методом 3D-друку, який отримав унікальну решітчасту структуру, що скручується під час удару, ефективно поглинаючи енергію зіткнення.
Головна особливість цього матеріалу — вміння самостійно реагувати на різні типи навантажень. Під час легкого удару він поводиться як м’який амортизатор, а при сильному зіткненні — стає значно жорсткішим, забезпечуючи максимальний захист. І все це — без будь-якої електроніки чи гідравлічних систем.
Як пояснив професор Шанмугам Кумар з Інженерної школи Джеймса Ватта (Університет Глазго), під час стиснення матеріал перетворює силу на скручування, завдяки чому можна регулювати рівень поглинання енергії. Це дозволяє системі автоматично підлаштовуватися під силу удару, мінімізуючи наслідки для пасажирів та конструкції авто.
Новий матеріал виготовлено зі сталі методом адитивного виробництва, що дає змогу з ювелірною точністю керувати внутрішньою геометрією. Результатом стала гіроїдна решітка — складна пориста структура, яка забезпечує торсійну деформацію та нелінійну реакцію при навантаженні.
У своїх дослідах, опублікованих у журналі Advanced Materials, науковці протестували сталеві гіроїдні решітки з відносною щільністю лише 10%. Під час стиснення з різним рівнем обмеження скручування вони виявили, що за фіксованих умов матеріал показує максимальну жорсткість і рекордну здатність до поглинання енергії — 15,36 Дж/г.
Щоб досягти максимальної точності між розрахунками й реальними експериментами, команда врахувала дефекти, які виникають у процесі 3D-друку, використовуючи мікро-КТ реконструкцію надрукованих решіток. Дані були нанесені на діаграму Ашбі, яка підтвердила — скручувальні метаматеріали мають великий потенціал у автомобільній, авіаційній, залізничній та оборонній промисловості.
Цікаво, що перспективи застосування не обмежуються лише безпекою. Дослідники припускають, що ці матеріали можуть перетворювати енергію удару на обертальну кінетичну енергію, тобто одночасно захищати та генерувати енергію. Такий підхід може відкрити шлях до створення розумних енергоактивних систем нового покоління.
