زره‌های ضد گلوله با چاپ سه‌بعدی

به گزارش جام‌جم آنلاین به نقل از نیواطلس، موادی که در واکنش به برخی محرک‌ها دچار تغییراتی در خواصشان می‌شوند، ظرفیت بسیار خوبی برای استفاده در بسیاری از زمینه‌ها، از رباتیک و مراقبت‌های پزشکی گرفته تا هواپیما‌های فراهم می‌کند. مثال جدید از این نوع فناوری تغییر شکل محصولی است که از زره‌های باستانی زنجیره‌ای الگوبرداری شده است؛ در این محصول با کنار قفل شدن ذرات واسط که به صورت بسیار منظمی در بین ذرات قرار می‌گیرند، ماهیت ماده از حالت انعطاف‌پذیر به سفت تغییر پیدا می‌کند.

این ماده با همکاری دانشمندان دانشگاه فناوری نانیانگ سنگاپور و پژوهشگاه فناوری کالیفرنیا در ایالات متحده تهیه شده است. آن‌ها این ماده را به عنوان نوعی «پارچه پوشیدنی ساختارمند» توصیف کرده‌اند. از نظر فیزیکی، قابلیت‌های این پارچه بر اثر خاصیتی به نام «انسجام گرایی» (Jamming Transition) به وجود می‌آید. این همان خاصیتی است که باعث می‌شود برنج یا حبوباتی با خلاء بسته‌بندی می‌شوند، بسته بسیار سفت و محکم و غیرمنعطفی ایجاد شود.

این تیم تحقیقاتی قصد دارد پارچه‌ای بسازد که بتواند به آسانی از حالت نرم و تاشو به حالت سفت و مقاوم تغییر پیدا کند. مثال تخیلی این محصول نحوه تبدیل شنل بتمن به گلایدر در فیلم «بتمن آغاز می‌کند» اشاره کرد. برای انجام این کار، تیم تحقیقاتی ابتدا چگونگی این موضوع که ذرات دارای ساختار توخالی بتوانند در صورت دریافت فرمان در هم قفل شده و پارچه‌ای سفت ایجاد کنند را بررسی کردند.

دکتر وانگ ییفان، نویسنده مقاله این مطالعه می‌گوید: «با الهام از زره‌های باستانی زنجیره‌ای، ما از ذرات توخالی پلاستیکی برای افزایش سفتی پارچه‌های قابل تنظیم‌مان استفاده کرده‌ایم. برای افزایش سفتی و مقاومت این محصول، در حال حاضر در حال مطالعه بر روی فلزات مختلف از جمله آلومینیوم هستیم، که می‌تواند برای کاربرد‌های صنعتی با مقیاس بزرگتر مانند پل‌ها یا ساختمان‌ها که نیاز به ظرفیت تحمل بیشتری دارند، استفاده شود.»

ذرات هشت ضلعی در این مطالعه با پلاستیک‌های نایلونی در آرایش زره‌مانند، چاپ سه‌بعدی می‌شوند. سپس در یک پاکت پلاستیکی با استفاده از خلا به هم فشرده می‌شوند. این امر چگالی بسته‌بندی را افزایش می‌دهد و ذراتی که با دقت طراحی شده را به داخل هم فشرده می‌کند و نقاط تماس بین آن‌ها را افزایش می‌دهد، در نتیجه ساختاری ۲۵ برابر مستحکم‌تر ایجاد می‌شود.

 

 

هنگامی که این بافت در یک ساختار تخت مانند میز به کار برود، می‌تواند بار‌های ۵۰ برابر وزن خود را تحمل کند. در آزمایشی دیگر، یک توپ فولادی کوچک در حالت انعطاف‌پذیر بافت روی آن انداخته شد، که باعث تغییر شکل آن تا ۲۶ میلی‌متر شد. سپس هنگامی که این کار را روی بافت در حالت سخت تکرار کردند، اما در این حالت فقط ۳ میلی‌متر فرو رفتگی ایجاد شد.

سپس دانشمندان نسخه‌ای از این بافت را با استفاده از آلومینیوم به صورت سه بعدی چاپ کردند. بافت حاصل انعطاف‌پذیری و نرمی یکسانی مانند بافت نایلونی داشت. اما در حالتی که ذرات به هم فسرده شدند، به دلیل ویژگی‌های سختتر آلومینیوم در مقایسه با نایلون، این بافت بسیار سفت‌تر شد.

 

این گروه تحقیقاتی، به جای استفاده از پاکت پلاستیکی که برای پوشش نایلونی استفاده می‌شود، استفاده از نوعی الیاف سخت به نام «کِولار» (Kevlar) به عنوان پوشش ذرات را در نسخه فلزی پیشنهاد داده‌اند تا از این طریق پارچه‌ای محافظ برای جلیقه‌های ضد گلوله تولید شود. سایر کاربرد‌های احتمالی برای هر دو نسخه شامل ماشین‌های پوشیدنی برای حمایت از اندام‌های حرکتی، گچ‌های تطبیقی است که با میزان بهبود بیمار سفتی آن‌ها تغییر می‌کند، یا حتی پل‌هایی که می‌توان آن‌ها را در صورت نیاز آزاد و سفت کرد.

این تیم در حال حاضر در حال مطالعه برای بهبود عملکرد مواد مصرفی برای تولید این نوع بافت و همچنین بررسی راه‌های جدید برای سفت شدن بافت با استفاده از مغناطیس، دما و الکتریسیته است.

این تحقیق در مجله Nature منتشر شده است.