Создана сверхпрочная ткань-бронежилет с регулируемыми механическими свойствами (видео)
Изобретение нового материала, способного изменять свои механические характеристики под определенным внешним воздействием открывает дополнительные возможности для создания умных тканей нового поколения. Инновационный материал может быть использован при проектировании защитных экзоскелетов для занятий спортом с высокими ударными нагрузками, медицинских устройств для пожилых людей с низкой двигательной активностью, а также для бронежилетов различных типов.
В основе работы нового материала, созданного учеными из Наньянского технологического университета в Сингапуре и Калтеха в США, лежит принцип, использованный средневековыми оружейниками при изготовлении сплетенных из звеньев цепи доспехов типа «кольчуга». Материал получил название «носимая структурированная ткань с регулируемыми механическими свойствами», и его конструкция способна обеспечивать необходимые характеристики, такие как высокая ударопрочность, терморегуляция или электрическая проводимость.
Для реализации уникальных свойств объемной кольчуги сложной формы, состоящей из трехмерных частиц, применяется принцип «заклинивания» при приложении внешнего воздействия. Такой метод можно проиллюстрировать с запечатанными в вакуумную упаковку сыпучими продуктами (горох или рис), которые в определенный момент приобретают жесткость.
Главной задачей ученых стало создание ткани, способной из мягкой и податливой формы преображаться в жесткий материал, позволяющей выдерживать различные типы нагрузки: удар, сжатие или изгиб. В качестве примера исследователи приводят плащ Бэтмена из кинофильма «Бэтмен: Начало» (2005 г). В процессе исследования были изучены свойства соединенных между собой трехмерных частиц в форме октаэдров, которые при сцеплении друг с другом способны изменять механические характеристики всего материала.
Ученые распечатали цепочку трехмерных элементов ткани на 3D принтере, затем поместили конструкцию в пластиковый пакет, из которого на следующем этапе откачали воздух. В результате при небольшом внешнем воздействии (около 93 кПа) материал стал в 25 раз жестче, чем в произвольном состоянии.
Эксперимент с новым материалом, сформированным в виде плоскости, напоминающей поверхность стола, показал, что ткань способна выдержать нагрузку в 1,5 кг при собственной массе в 50 раз меньшей. При воздействии на ткань в «расслабленном» состоянии шариком из стали, падающим с высоты, прогиб в точке приложения силы составил 26 мм, а при переходе материала в режим «кольчуги» такой же удар привел к деформации всего на 3 мм.
Ученые продолжают работать над совершенствованием материала и исследуют возможность изменения жесткости ткани под воздействием не только механических факторов, но и от взаимодействия с электрическим или магнитным полем, а также при изменении температуры.