Pancerze stworzeń morskich inspirują naukowców do drukowania 3D nowatorskich, elastycznych struktur ochronnych

Różnorodność świata przyrody inspiruje naukowców do podejmowania nowych badań i podejmowania prób transferowania właściwości naturalnych organizmów do syntetycznych struktur. Zespół naukowców z Wydziału Inżynierii Mechanicznej Instytutu Politechnicznego i Uniwersytetu Stanowego Wirginii (Virginia Tech) opracowali metodę produkcji addytywnej elastycznych struktur, inspirowanych pancerzami mięczaków morskich.

Jako przykład zastosowania drukowany przestrzennie struktur autorzy podają nowoczesne struktury ochronne (np. nakolanniki), będące alternatywą dla obecnie stosowanych, sztywnych konstrukcji. Przeprowadzone przez nich badania, opisane w czasopiśmie naukowym „Nature Communications„, mają pomóc w optymalizacji odzieży ochronnej tak, aby zwiększyć jej elastyczność i zminimalizować problemy dot. blokowania zakresu ruchów. Połączenie parametrycznego modelowania obliczeniowego z wielomateriałowym drukiem 3D pozwoliło na stworzenie skalowalnych struktur imitujących zbroje.

Przedmiot badań został zainspirowany budową pancerza chitonów, czyli grupy mięczaków morskich. Jak tłumaczy koordynator zespołu, w odróżnieniu od innych mięczaków, chitony posiadają pancerze składające się z ośmiu zmineralizowanych płyt pokrywających wierzch jego orgfanizmu. Zaprojektowanie struktur wymagało szeregu badań dotyczących m.in. wewnętrznej mikrostruktury płytek, ich składu chemicznego, właściwości mechanicznych i trójwymiarowej geometrii.

W efekcie udało im się opracować metodę projektowania i drukowania 3D struktur ochronnych, których sztywność jest możliwa do przewidzenia za pomocą opracowanego modelu obliczeniowego – warunkują ją m.in. odległości pomiędzy segmentami. Drukowany 3D pancerz ochrania przed urazami, tworząc barierę w trakcie uderzenia, a jednocześnie przez elastyczność zapewnia dużą swobodę ruchów. Liczne testy mechaniczne upewniły naukowców w przekonaniu, że opracowane przez nich struktury z powodzeniem mogą zostać wykorzystane do produkcji np. nakolanników.

W badaniach zaangażowani byli naukowcy z prestiżowych uczelni takich jak MIT, Harvard Medical School, California State University, Max Planck Institute of Colloids and Interfaces oraz Wyss Institute.

To nie pierwszy taki przypadek, kiedy naukowcy czerpią ze świata przyrody. Wcześniej badaczom z USA i Chin udało się opracować powłokę z nanomateriałów, zainspirowaną cykadami. Owady te mają bowiem skrzydła pokryte strukturą z nanoigieł. Igły te, mniejsze od bakterii, fizycznie przerywają całość błon komórkowych drobnoustrojów.

Również naukowcy z GE Reaserch zauważyli, że metodę tworzenia struktur chłodzących można udoskonalić, wzorując się na ludzkiej anatomii… Opracowując autorski wymiennik ciepła specjaliści wzorowali się na budowie ludzkich płuc.

Źródło: www.nature.com