합성 물질은 껍질을 모방하여 에너지 흡수를 증가시킵니다

수백만 년의 진화로 인해 일부 해양 동물은 물리적 스트레스를 분산시키기 위해 함께 작동하는 여러 층으로 구성된 복잡한 보호 싱크를 키울 수있었습니다. 새로운 연구에서 엔지니어들은 스트레스 하에서 함께 일하기 위해 개별 합성 물질 층을 프로그래밍함으로써 Nachell Nacre와 같은 이러한 유형의 계층화 된 재료의 거동을 모방하는 방법을 찾았습니다. 재료의 새로운 디자인은 웨어러블 드레싱 및 자동차 범퍼와 같은 에너지 시스템을 강화할 준비가되어 있으며 충돌의 심각성에 적응하는 다중 단계 반응이 있습니다.

많은 과거의 연구는 뼈, 깃털 및 목재와 같은 천연 물질의 거동을 재현하여 기계적 스트레스에 대한 비선형 반응을 재현하기 위해 역 공학에 중점을 두었습니다. 민사 및 환경 엔지니어 인 Shelley Zhang의 교수 인 일리노이 Urbana-Shampein의 새로운 연구와 덴마크 기술 대학의 Ole Sigmund 교수는 소기업 관계를 통해 지역 위반에 반응 할 수있는 프로그래밍 가능한 다층 자료의 개발을 넘어 섰습니다.

연구 결과는 저널에 발표됩니다. 성취의 과학필드

Zhang은“이 작업은 직원 인 Sigmund 교수와의 논의의 결과로 우리가 이미 매우 극단적 인 행동을 달성 할 수있는 방법에 대해 태어 났지만 프로그래밍 중에도 개별 자료를 달성 할 수있는 물리적 한계 나 국경이 항상 있습니다. “이것은 우리가 실제 생활에서 필요한 미친 재료 행동을 허용 할 수있는 공학을 생각하게 만들었습니다. 예를 들어, 굽힘의 극단적 인 행동은 자동차 부머와 같은 것들에 대한 에너지를 없애는 데 도움이 될 수 있습니다.”

그런 다음 팀은 다른 목표를 달성하는 여러 층으로 생물학적 재료에 관심을 돌리고 합성 물질을 만들고 내부, 마이크로 프로그래밍 및 최적화를 사용하여 기계적 응력 및 전압에 대한 반응을 제어 할 수있는 방법이있었습니다.

Zhang은“우리는 다층 재료를 개발한다는 아이디어에 착륙했으며 각 층은 다양한 속성과 행동을 보여줄 수 있습니다.

그러나 그곳에서 멈추지 않고 팀은 개별 레이어가 실제로 전체적으로 전체적으로 행동 할 수있는 능력을 켜야했습니다.

Zhang은“우리의 새로운 구조는 비선형 응력 반응에 대한 기존 방법론과 비교하여 몇 가지 장점을 나타냅니다. “연속체에서의 관계뿐만 아니라 Nacre와 같은 여러 레이어를 최적화하여 단일 계층 설치 또는 격자 구조를 포함하여 유사한 작업에 비해 설계 공간을 크게 확장합니다.”

제조하는 동안 팀은 몇 가지 교훈을 배웠습니다. 이 작업의 이론적 아이디어는 끝없이주기적인 자료를 갖는 것입니다. 그럼에도 불구하고, 팀은 최종 단위를 만들어야하며, 이론적 재료와 실제 자료는 다른 행동을 가질 것으로 예상됩니다.

Zhang은“우리가 찾은 불일치는 항상 실생활에서 일어날 일입니다. “그러나 우리는이 정보를 사용하여 어셈블리에서 각 개별 셀의 굽힘의 굽힘을 의도적으로 프로그래밍하고 정보를 저장 한 다음 정보를 해독 할 수 있습니다.이 불일치를 포착하고 궁극적으로 작업을 개선하는 데 필요한 정보를 제공하는 것이 흥미로 웠습니다.”

이 유형의 재료에 대한 제조를 확장하기 위해 많은 노력을 기울이지 않았지만 Zhang 은이 연구에서 연구 된 귀중한 것은 사람들이 협력 할 때 훨씬 더 큰 일에 도달한다고 말했다.

Zhang은“재료에 대해서도 동일하게 작동한다고 생각합니다. “다른 자료가 함께 작동하면 개별적으로 일을하는 것보다 훨씬 더 효과적인 일을 할 수 있습니다.”