Nowy materiał do samochodów sam dostosowuje się do siły uderzenia
Naukowcy z uniwersytetów w Szkocji i we Włoszech zaprezentowali innowacyjny materiał ochronny, który może znacznie poprawić bezpieczeństwo samochodów podczas wypadków. Mowa o adaptacyjnym metamateriale, stworzonym metodą druku 3D, który ma unikalną strukturę kratową, która skręca się podczas uderzenia, skutecznie pochłaniając energię zderzenia.
Główną cechą tego materiału jest zdolność do samodzielnego reagowania na różne rodzaje obciążeń. Podczas lekkiego uderzenia zachowuje się jak miękki amortyzator, a podczas silnego zderzenia staje się znacznie twardszy, zapewniając maksymalną ochronę. A wszystko to bez użycia elektroniki lub systemów hydraulicznych.
Jak wyjaśnił profesor Shanmugam Kumar z James Watt School of Engineering (Uniwersytet w Glasgow), podczas ściskania materiał przekształca siłę w skręcenie, dzięki czemu można regulować poziom pochłaniania energii. Dzięki temu system automatycznie dostosowuje się do siły uderzenia, minimalizując skutki dla pasażerów i konstrukcji samochodu.
Nowy materiał jest wytwarzany ze stali metodą produkcji addytywnej, co pozwala z jubilerską precyzją kontrolować wewnętrzną geometrię. W rezultacie powstała siatka gyroidalna — złożona porowata struktura, która zapewnia odkształcenie skrętne i nieliniową reakcję pod obciążeniem.
W swoich badaniach opublikowanych w czasopiśmie Advanced Materials naukowcy przetestowali stalowe siatki gyroidalne o względnej gęstości zaledwie 10%. Podczas ściskania z różnym poziomem ograniczenia skręcania odkryli, że w stałych warunkach materiał wykazuje maksymalną sztywność i rekordową zdolność pochłaniania energii — 15,36 J/g.
Aby osiągnąć maksymalną dokładność między obliczeniami a rzeczywistymi eksperymentami, zespół uwzględnił defekty powstające w procesie drukowania 3D, wykorzystując mikro-tomografię komputerową do rekonstrukcji wydrukowanych krat. Dane zostały naniesione na wykres Ashby’ego, który potwierdził, że skręcane metamateriały mają duży potencjał w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, kolejowym i obronnym.
Co ciekawe, perspektywy zastosowania nie ograniczają się tylko do bezpieczeństwa. Naukowcy przypuszczają, że materiały te mogą przekształcać energię uderzenia w energię kinetyczną obrotową, czyli jednocześnie chronić i generować energię. Takie podejście może otworzyć drogę do stworzenia inteligentnych systemów energetycznych nowej generacji.
