Новый материал для автомобилей сам подстраивается под силу удара
Исследователи из университетов Шотландии и Италии представили инновационный защитный материал, способный значительно повысить безопасность автомобилей при авариях. Речь идет об адаптивном метаматериале, созданном методом 3D-печати. Он имеет уникальную решетчатую структуру, которая скручивается при ударе, эффективно поглощая энергию столкновения.
Главная особенность этого материала — способность самостоятельно реагировать на разные типы нагрузок. При легком ударе он ведет себя как мягкий амортизатор, а при сильном — становится значительно жестче, обеспечивая максимальную защиту. И всё это — без какой-либо электроники или гидравлических систем.
Как объяснил профессор Шанмугам Кумар из Инженерной школы Джеймса Ватта (Университет Глазго), при сжатии материал преобразует силу в кручение, благодаря чему можно регулировать уровень поглощения энергии. Это позволяет системе автоматически подстраиваться под силу удара, минимизируя последствия для пассажиров и конструкции автомобиля.
Новый материал изготовлен из стали методом аддитивного производства, что позволяет с высокой точностью контролировать внутреннюю геометрию. В результате получилась гироидная решетка — сложная пористая структура, обеспечивающая торсионную деформацию и нелинейную реакцию при нагрузке.
В своих экспериментах, опубликованных в журнале Advanced Materials, ученые протестировали стальные гироидные решетки с относительной плотностью всего 10%. При сжатии с различным уровнем ограничения кручения выяснилось, что при фиксированных условиях материал демонстрирует максимальную жесткость и рекордную способность к поглощению энергии — 15,36 Дж/г.
Чтобы достичь максимальной точности между расчетами и реальными испытаниями, команда учла дефекты, возникающие в процессе 3D-печати, используя микрокомпьютерную томографию для реконструкции напечатанных решеток. Данные нанесли на диаграмму Ашби, которая подтвердила: скручивающиеся метаматериалы имеют огромный потенциал для применения в автомобильной, авиационной, железнодорожной и оборонной промышленности.
Интересно, что перспективы применения не ограничиваются только безопасностью. Исследователи предполагают, что такие материалы могут преобразовывать энергию удара в вращательную кинетическую энергию, то есть одновременно защищать и генерировать энергию. Этот подход может открыть путь к созданию умных энергоактивных систем нового поколения.
