Американские инженеры создали сверхпрочные материалы для брони

Исследователи Массачусетского технологического института и Северо-Восточного университета представили новый тип метаматериалов. Необычная внутренняя архитектура обеспечивает лучшую устойчивость к механическим повреждениям.

Вдохновение природными сетями

Команда ориентировалась на структуры, встречающиеся в природе: сосуды листа, жилки на крыльях стрекоз и сложные взаимосвязи между организмами. Вместо повторяющихся элементов использовали систему взаимосвязанных балок разной толщины и длины.

Алгоритм генерирует такую сеть. Изменение параметров построения позволяет регулировать жесткость и механические характеристики. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Обычные аналоги создают многократным воспроизведением одной базовой микроструктуры. Это дает необычные свойства, но повреждение участка часто распространяется на соседние элементы и разрушает конструкцию.

После компьютерного моделирования изготовили физические образцы методом 3D-печати. Они состояли из полимерных балок размерами от микрометров до сантиметров. Конструкции проверили на сжатие и удары путем сбрасывания тяжелых грузов.

Тесты показали более высокую устойчивость по сравнению с решетчатыми и сотовыми вариантами. Разнообразие элементов позволяет соседним балкам перераспределять нагрузку и поглощать энергию.

В отдельном эксперименте создали материал по аналогии с толстой кожурой помело. Края имели более плотную сеть балок, которая поглощала удары и защищала хрупкий предмет внутри.

Разработка может найти применение в производстве защитных шлемов, брони и материалов для поглощения звука и вибраций.