Swobodny spadek grejpfruta z 10 m nie uszkodzić miazgaThe Arapaima ryby żyjące w Amazonii oprzeć się atakować trójkątnych zębów piranii, Muszle morskiego stworzenia Abalone są twarde i odporne na pękanie, …….
W powyższych przypadkach natura wykorzystuje struktury hierarchiczne, aby zapewnić ochronę przed ekstremalnymi obciążeniami.
Zainspirowani tymi przykładami żywych stworzeń wykorzystujących hierarchiczne struktury do ochrony, naukowcy opracowali nowy „architektoniczny materiał” o nazwie Odmieniec (po mitycznym bogu zmieniającym kształt), który ma podobne właściwości.
Proteus, nowy lekki materiał (tylko 15% gęstości stali) jest zarówno wysoce odkształcalny, jak i wyjątkowo odporny na dynamiczne obciążenia punktowe nie do krojenia za pomocą szlifierki kątowej i wiertarki.
Jest to pianka metaliczna wykonana z kulek ceramicznych z tlenku glinu, pokrytych komórkowym aluminium. Ta nowa, hierarchiczna struktura metalowo-ceramiczna jest podatna na drgania wewnętrzne pod miejscowymi obciążeniami. Te oscylacje są zaprojektowane tak, aby występowały, gdy obracające się narzędzie tnące napotyka na swojej drodze kulę ceramiczną. Kontakt z segmentem ceramicznym powoduje miejscowe obciążenie obrzeża wirującego dysku, co prowadzi do drgań o wysokiej częstotliwości poza płaszczyzną.
Podczas cięcia szlifierką kątową lub wiertarką zazębiające się połączenie wibracyjne utworzone przez ceramiczne kulki wewnątrz obudowy powoduje tępienie tarczy tnącej lub wiertła. Ceramika również rozpada się na drobno cząsteczki, które wypełniają strukturę komórkową materiału i utwardzają się w miarę zwiększania prędkości narzędzia skrawającego.
Wydaje się, że Proteus ma zastosowanie przemysłowe w produkcji zamków rowerowych, lekkiej zbroi i wyposażenia ochronnego dla profesjonalistów pracujących z narzędziami tnącymi.
***
Źródło:
Szyniszewski S., Vogel R., Bittner F. i in. Materiał, który nie nadaje się do cięcia, powstaje dzięki efektom lokalnego rezonansu i szybkości odkształcenia. Opublikowano: 20 lipca 2020 r. Doniesienia naukowe 10, 11539 (2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-020-65976-0
