Sửa chữa Robot dân dụng
Sửa chữa Robot đồ chơi công nghệ

Vật liệu composite in 3D lấy cảm hứng từ động vật biển

Đăng lúc: Thứ hai - 09/07/2018 09:23 - Người đăng bài viết: SuperG
Vật liệu composite in 3D lấy cảm hứng từ động vật biển

Vật liệu composite in 3D lấy cảm hứng từ động vật biển

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Purdue đã sử dụng tôm bọ ngựa làm nguồn cảm hứng - cách đây hai năm, họ đã xuất bản nghiên cứu về việc sử dụng in 3D để phát triển các vật liệu siêu bền mới lấy cảm hứng từ tôm mantis màu cầu vồng.

Trong nghiên cứu gần đây của họ, các nhà nghiên cứu, phối hợp với Đại học California, Riverside, nghiên cứu cơ chế đằng sau cách thức mà con bọ ngựa sử dụng câu lạc bộ mạnh mẽ của mình mà không gây tổn hại vĩnh viễn và chiến lược thiết kế nhằm phát triển một loại vật liệu siêu bền mới .

Video:  https://youtu.be/8aQsaKijxUk

Điều khiến tôm mantis nổi bật là nó thực sự có thể đập vỡ và đánh bại các con mồi bọc thép (chủ yếu là động vật thân mềm và các loài cua khác), cũng được biết đến với khả năng chịu thiệt hại và tính chất cơ học tuyệt vời của chúng. Sinh vật biển tuyệt vời có một số sức mạnh đáng kinh ngạc đằng sau nắm đấm của nó và có thể đấm nhanh như viên đạn 22-tầm cỡ.

Tôm mantis chinh phục con mồi của nó với một phần phụ "dactyl club", được tạo thành từ một vật liệu hỗn hợp mọc cứng hơn như các vết nứt. (Hình ảnh đại học Purdue / Pablo Zavattieri)

Những phát hiện mới cho thấy vật liệu composite của câu lạc bộ thực sự trở nên khó khăn hơn khi một vết nứt cố gắng xoay, có hiệu lực ngăn chặn sự tiến bộ của nó. Xoắn nứt này được hướng dẫn bởi các sợi vật chất của chitin, cùng một chất được tìm thấy trong nhiều vỏ giáp xác giáp biển và bộ xương ngoài của côn trùng, được bố trí trong một kiến ​​trúc helicoidal giống như một cầu thang xoắn ốc.

"Cơ chế này chưa bao giờ được nghiên cứu chi tiết trước đây", Zavattieri nói. "Những gì chúng tôi đang tìm kiếm là một vết nứt làm tăng động lực để phát triển vết nứt dần dần giảm, thúc đẩy sự hình thành các cơ chế tương tự khác, ngăn chặn vật liệu rơi ra thảm khốc. Tôi nghĩ cuối cùng chúng ta có thể giải thích tại sao vật liệu quá cứng rắn .

"Tính mới của công trình này là ở khía cạnh lý thuyết, chúng tôi đã phát triển một mô hình mới, và về mặt thử nghiệm, chúng tôi đã sử dụng các vật liệu đã được thiết lập để tạo ra các vật liệu tổng hợp xác nhận lý thuyết này."

Sinh viên tiến sĩ Purdue Nobphadon Suksangpanya; Sinh viên tiến sĩ UC Riverside Nicholas A. Yaraghi; David Kisailus, giáo sư về khoa học và kỹ thuật môi trường và khoa học vật liệu và môi trường của UC; và Zavattieri xuất bản hai bài báo trong Tạp chí Hành vi Cơ học của Vật liệu Y sinh và Tạp chí Quốc tế về Chất rắn và Cấu trúc về công việc hấp dẫn của họ.

Kiến trúc helicoidal của câu lạc bộ dactyl của một con bọ ngựa được thiết kế tự nhiên để tồn tại những cú đánh tốc độ cao lặp đi lặp lại. (Ảnh đại diện Kính hiển vi điện tử của Đại học California, Riverside, David Kisailus)

“Công cụ phân tích, tính toán và thử nghiệm mới thú vị này, dựa trên đặc điểm biocomposite ban đầu của chúng tôi về helicoid trong câu lạc bộ tôm bọ ngựa và công trình tổng hợp sinh học, thực sự cung cấp một cái nhìn sâu sắc hơn về các cơ chế làm cứng trong cấu trúc độc đáo này,” Kisailus nói .

Nghiên cứu trước đây cho thấy kiến ​​trúc helicoidal của câu lạc bộ dactyl được thiết kế tự nhiên để tồn tại những cú đánh tốc độ cao lặp đi lặp lại. Trong nghiên cứu mới, nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu cụ thể lý do tại sao mô hình này truyền đạt độ dẻo dai như vậy: khi các vết nứt hình thành, chúng theo mô hình xoắn thay vì lan truyền thẳng qua cấu trúc, khiến nó thất bại. Những hình ảnh mới chụp bằng kính hiển vi điện tử tại UC Riverside cho thấy thay vì một vết nứt duy nhất tiếp tục lan truyền, nhiều vết nứt nhỏ hơn hình thành - tiêu tan năng lượng được hấp thụ bởi vật liệu khi va chạm.

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra và thử nghiệm các vật liệu tổng hợp in 3D được mô hình hóa sau hành vi này, nắm bắt được hành vi nứt bằng máy ảnh và các kỹ thuật tương quan hình ảnh kỹ thuật số để nghiên cứu sự biến dạng của vật liệu.

Các nhà nghiên cứu đã lập mô hình vật liệu tổng hợp in 3D sau khi các vết nứt xoắn chịu trách nhiệm về sức mạnh của câu lạc bộ dactyl của tôm bọ ngựa. (Hình ảnh đại học Purdue / Pablo Zavattieri)

Zavattieri nói, “Chúng tôi đang thiết lập những cơ chế mới không có sẵn cho chúng tôi trước đây cho vật liệu tổng hợp. Theo truyền thống, khi chúng tôi sản xuất vật liệu tổng hợp, chúng tôi đặt các sợi lại với nhau theo những cách không tối ưu, và bản chất đang dạy chúng ta cách chúng ta nên làm điều đó. ”

Những phát hiện này có thể giúp phát triển các vật liệu nhẹ hơn, mạnh hơn và cứng hơn cho nhiều ứng dụng bao gồm hàng không vũ trụ, ô tô và thể thao.


Nguồn tin: 3ders.org
Đánh giá bài viết
Tổng số điểm của bài viết là: 0 trong 0 đánh giá
Click để đánh giá bài viết
 

Cung cấp máy in 3D toàn quốc

Cung cấp máy in 3D toàn quốc Chúng tôi là đơn vị sản xuất và lắp ráp máy in 3D tại Hà Nội, nhận đặt hàng máy in 3D với mọi số lượng. Quý khách có thể tùy biến sản phẩm cho phù hợp mục đích sử dụng: Kích thước, Kiểu dáng, Màu sắc, vật...

Liên kết

Scan 3D Hanoi
May in 3D Ha Noi
1 1 1