Moluștele puternice îi ajută pe oamenii de știință să construiască armuri puternice și flexibile

Moluștele puternice îi ajută pe oamenii de știință să construiască armuri puternice și flexibile

Oamenii de știință au apelat la un mentor neobișnuit pentru a învăța cum să proiecteze mai bine următoarea generație de armuri: moluștele marine.

În timp ce oamenii au făcut o treabă destul de bună din punct de vedere istoric în a proiecta armuri și apărări puternice pentru a ne proteja de atac, noi nu am făcut o treabă grozavă proiectând protecții care sunt, de asemenea, flexibile. Ne putem imagina că un cavaler medieval, de exemplu, a fost probabil nu un dansator elegant. Cu toate acestea, dualitatea funcției este ceva la care excelează moluștele marine, cunoscute oficial sub numele de chtiton.

Într-un nou studiu publicat marți în jurnal Comunicarea naturii, cercetătorii au studiat proprietățile solzilor acestor moluște pentru a înțelege mai bine dinamica lor și modul în care o astfel de abordare poate fi transferabilă și în tehnologia umană. Ei au descoperit că geometria lor unică, care este compusă din diferite straturi interconectate de solzi, permite moluștei să aibă diferite niveluri de protecție, în funcție de modul în care reacționează la stimuli. De exemplu, atunci când intră în contact cu o forță (cum ar fi o amenințare), solzii converg într-o singură placă puternică. Dar când nu este în contact cu o forță, cântarul se poate mișca liber unul peste altul pentru o mobilitate mai ușoară.

Ling Li](http://www.me.vt.edu/people/faculty/ling-li/), profesor asistent de inginerie mecanică la Virginia Tech și autor principal al lucrării, a declarat într-o declarație că acest nivel de flexibilitatea este unică chiar și printre animalele cu coajă similară.

„Majoritatea moluștelor au o singură cochilie rigidă, cum ar fi abalone, sau două cochilii, cum ar fi scoici”, a spus Li. „Dar chitonul are opt plăci mineralizate care acoperă partea superioară a creaturii și în jurul bazei sale are un brâu de solzi foarte mici asamblați ca solzi de pește, care oferă flexibilitate, precum și protecție.”

Molusca chiton, care are aproximativ 1 până la 2 inci lungime, are o serie de opt plăci mari și este înconjurată de un brâu de solzi mai mici și mai flexibili. Virginia Tech

Pentru a înțelege mai bine aceste scale, echipa a studiat proprietățile lor biologice și mecanice și apoi a proiectat un model care ar putea fi imprimat 3D folosind mai multe materiale.

„Am produs ansamblul de scară inspirat de scară de chiton direct cu imprimare 3D cu mai multe materiale, care constă din cântare foarte rigide deasupra unui substrat flexibil”, a spus Li.

Echipa a folosit această metodologie de imprimare pentru a proiecta un tip de armură mai relevant pentru 2019: genunchiere.

În faza de testare, membrii echipei au testat asemănarea acestor genunchiere cu solzii de moluște în scenarii periculoase, cum ar fi îngenunchearea pe sticlă spartă. Deși componenta materială a acestor genunchiere imprimate 3D nu se potrivea neapărat cu cea a solzilor biologici de moluște, echipa a găsit un succes similar în abilitățile lor de protecție.

O demonstrație a armurii flexibile imprimate 3D pe sticlă spartă.Virginia Tech

În continuare, a spus Li, ei speră să se concentreze asupra modului în care ar fi necesare diferite variante ale acestei protecții pentru diferite părți ale corpului uman. De exemplu, cu moluște, echipa a observat scale mai mici în jurul zonelor care ar avea nevoie de mai multă flexibilitate și scale mai mari în zonele care ar putea avea nevoie de mai multă protecție. Într-un model uman, aceasta ar putea arăta ceva ca niște solzi mici în jurul articulațiilor și solzi mai mari pentru o placă de piept.

„[O]Următorul pas este să extindem spațiul astfel încât să putem proiecta armuri personalizate pentru diferite locații ale corpului”, a spus Li. „Flexibilitatea vs. Nevoile de protecție ale pieptului, de exemplu, vor fi diferite de cele ale cotului sau genunchiului, așa că ar trebui să proiectăm ansamblul scalei în consecință în ceea ce privește geometria scalei, dimensiunea, orientarea etc. ”

Când caută să transfere aceste principii biologice oamenilor, studiul observă că se poate apela și la anumite armuri din trecut, în special armuri antice de samurai și sciți, care au folosit o abordare segmentată rudimentară. Prin împrumut atât din trecut, cât și din natură, cercetătorii speră să proiecteze o nouă generație de armuri de protecție.

> Rezumat:

Armurile create de om se bazează adesea pe structuri rigide pentru protecție mecanică, ceea ce are ca rezultat, de obicei, un compromis cu flexibilitatea și manevrabilitatea. Chitonii, un grup de moluște marine, au dezvoltat armuri la scară care abordează provocări similare. Multe specii de chiton posedă sute de solzi mici, mineralizați, așezați pe brâul moale care înconjoară plăcile de coajă suprapuse. Asigurând atât flexibilitatea pentru locomoție, cât și protecția corpului moale subiacent, brâul scalat este un model excelent pentru proiectarea armurii multifuncționale. Aici efectuăm un studiu sistematic al compoziției materialului, proprietăților nanomecanice, geometriei tridimensionale și diversității structurale interspecifice a scărilor centurii chitonului. Mai mult decât atât, inspirați de organizarea teselated a solzilor de chiton, fabricăm un analog de armătură flexibilă sintetică folosind modelare computațională parametrică și imprimare 3D cu mai multe materiale. Această abordare ne permite să efectuăm o evaluare cantitativă a armurii noastre inspirate de chiton pentru a-i evalua flexibilitatea și capacitățile de protecție dependente de orientare.

Leave a Comment

Adresa ta de email nu va fi publicată.