Тканина, надрукована на 3D-принтері, може затвердівати за потреби

Новий матеріал був розроблений дослідниками з Технологічного університету Наньян (NTU) в Сінгапурі й Каліфорнійського технологічного інституту (Caltech). Він надрукований на 3D-принтері з нейлонових пластикових полімерів і складається з порожнистих октаедрів, у формі кілець, овалів, квадратів, кубів, пірамід та інших форм, які зчіплюються один з одним як єдине ціле, щоб сформувати тканину в стилі кольчуги низької щільності з високою міцністю на розтяг. Щоб досягти ідеального балансу між вагою й гнучкістю тканини, вчені змоделювали кількість середніх точок контакту на частку й досліджували, наскільки кожна структура згинається у відповідь на прикладену напругу. Щоб контролювати жорсткість тканини, вони уклали її в гнучкий пластиковий конверт й ущільнили за допомогою вакууму. Цей тиск збільшував щільність пакування тканини, змушуючи кожну частинку більше контактувати зі своїм сусідом, і в результаті вийшла структура, яка у 25 разів більш жорстка, ніж її «м'яка» версія. Фізичний принцип, що лежить в основі, аналогічний застиганню в вакуумних пакетах з рисом або бобами.

Тканина, надрукована на 3D-принтері, здатна витримати навантаження 1,5 кг, що більш ніж в п'ятдесят разів перевищує її власну вагу. Щоб перевірити жорсткість і міцність матеріалу, вчені скинули сталеву кулю вагою 30 г на кольчугу зі швидкістю три метри в секунду. Коли тканина була жорсткою, удар деформував тканину всього на 3 мм, зменшуючи глибину проникнення в шість разів у порівнянні з 26 мм деформацією, що спостерігається при розслабленні тканини.

Продемонструвавши свою концепцію з октаедра із пластику й полімеру, вчені також прагнуть відтворити придатну для носіння структуровану тканину з використанням різних металів. Для цього команда вже надрукувала кольчугу на 3D-принтері з алюмінію й успішно продемонструвала, що, зберігаючи ту ж гнучкість і м'якість, що й нейлон, її можна втиснути в більш жорсткі конструкції. Надалі вчені будуть прагнути поліпшити характеристики своєї тканини кольчуги й досліджувати подальші способи надання їй жорсткості, наприклад, за допомогою магнетизму, електрики або температури.

У заяві про дослідження говориться, що розробка може прокласти шлях для інтелектуальних тканин наступного покоління, які можуть тверднути, щоб захистити користувача від ударів або коли потрібна додаткова опорна здатність. Можливі області застосування включають куленепробивні або міцні жилети. «Завдяки спеціальній тканині, яка є легкою та може налаштовуватися - легко змінюється від м'якої до жорсткої - ми можемо використовувати її для задоволення потреб пацієнтів і населення похилого віку, наприклад, для створення екзоскелетів, які можуть допомогти їм стояти, переносити вантажі й допомагати їм з їх повсякденними завданнями», - сказав Ван Іфань, який почав дослідження, коли працював в Каліфорнійському технологічному інституті. «Натхненні стародавніми кольчужними обладунками, ми використовували пластикові порожнисті частинки, які зчеплені один з одним, щоб підвищити жорсткість нашої тканини. Щоб ще більше підвищити жорсткість і міцність матеріалу, ми зараз працюємо над тканинами, зробленими з різних металів, включаючи алюміній, які можуть бути використані для більших промислових застосувань, що вимагають вищу вантажопідйомність, таких як мости або будівлі».