Oklop za višekratnu upotrebu koji apsorbuje udarce

Mašinski inženjeri sa Univerziteta John Hopkins u Baltimoru pronašli su novi način za pravljenje oklopa od laganog elastomernog materijala koji se oslanja na složenu strukturu tečnih kristala. Dobijeni oklop je „lakši, jači i za višekratnu upotrebu“, navodi se u saopštenju za štampu univerziteta. To bi moglo da promeni igru u svetu oklopa koji se veoma deformiše.

• Materijal je jak kao metal, ali lagan kao pena.
• Novi materijal od tečnih kristalnih elastomera mogao bi da napravi lakši oklop.
• Elastomeri su polimeri sa elastičnošću — sposobnošću da se povrate.
• Većina današnjih oklopa i šlemova se deformiše usled udara i ne mogu se ponovo koristiti.

Sung Hoon Kang — stariji autor rada, objavljenog u februaru u časopisu Advanced Materials — deo je zavodljivog naziva Hopkinsov institut za ekstremne materijale (HEMI), osnovanog 2012. da proučava „nauku povezanu sa materijalima i strukturama u ekstremnim uslovima i pokazujući ekstremne performanse.” Njegove projekte finansiraju organizacije poput američkog Ministarstva energetike i Nacionalne naučne fondacije, sa oblastima proučavanja koje uključuju stvari poput ponašanja materijala u Zemljinom omotaču.

Lako je videti kako je Zemljin omotač ekstreman, sa nekim od najviših temperatura i pritisaka na planeti. Oklop za telo je drugačija primena, ali nešto što je i dalje veoma ekstremno: na primer, apsorbovanje metaka i širenje te energije na način koji ne šteti nosiocu nije mali podvig. „Uzbuđeni smo zbog naših otkrića o ekstremnoj sposobnosti novog materijala da apsorbuje energiju“, kaže Kang u izjavi.

Lagan, elastičan materijal jak kao metal

Ideja o materijalu koji može nadmašiti današnje kacige i branike automobila izazvala je Kangovu radoznalost. Jedna od glavnih oblasti za poboljšanje je deformacija, što je način na koji sila udarca potiskuje materijal izvan oblika. Zamislite „zonu zgužvanosti“ automobila, koja je bukvalno dizajnirana da se sruši kako bi apsorbovala udar; nećete baš “ponovno koristiti” taj deo automobila kasnije, posebno u sudarima pri većim brzinama.

„Mnogi materijali za kacige i materijali koji apsorbuju udarce rasipaju energiju kroz neelastične mehanizme, kao što su plastična deformacija i lom i fragmentacija. Međutim, ovi materijali mogu postati trajno oštećeni nakon jednokratne upotrebe i nisu pogodni za ponovnu upotrebu“, pišu istraživači.

Dakle, ako su mehanizmi za višekratnu upotrebu neelastični – što ima smisla, suprotno od elastičnih i stoga ne mogu da se „odbiju“ – kako da radimo stvari drugačije? Ovde dolazi do izražaja ideja o metamaterijalima. Metamaterijal je nešto pažljivo projektovano na mikro-skali da ima svojstva koja jednostavan sloj šperploče ili metala ne bi imao. Cilj je da se izgradi bolja funkcionalnost počevši od atomskog nivoa.

Istraživači objašnjavaju da je njihov ključ ovde nešto što se zove „nestabilnost elastičnog izvijanja“, o čemu možete razmišljati kao o vrsti odbijanja na atomskom nivou. Zamislite veliku oprugu, koja se kopča pod pritiskom, ali se onda ponovo vraća u formu. Ideja izvijanja ne mora biti jednosmerna deformacija koja trajno iskrivljuje materijal. Može da akumulira energiju koja se ponovo oslobađa da bi „odbila“ materijal nazad u njegov pravi oblik. „Ovaj strukturalni mehanizam za hvatanje energije je skalabilan i reverzibilan, što čini arhitektonski materijal ponovo upotrebljivim“, objašnjavaju istraživači.

U eksperimentima, tim je napravio metamaterijale zvane tečni kristalni elastomeri (LCE). Ovi materijali šire udar i rasipaju energiju na idealan način za mikrostrukturu potrebnu za dizajn oklopa. „Arhitektovani materijali zasnovani na LCE-u mogu predstavljati mnoge obećavajuće mogućnosti za metamaterijale koji apsorbuju energiju za zaštitu od udara i prigušivanje“, objašnjava tim. Kada je testiran, materijal je dobro izdržao ponovljene udare objekata težine između dva i sedam kilograma pri brzini do 35 kilometara na sat.

Izvor: popularmechanics