دانشگاه فناوری Nanyang (سنگاپور) و مؤسسه ی فناوری کالیفرنیا (Caltech) به تازگی مقاله ای در Nature منتشر کرده اند که به جزئیات تحقیقات در مورد پرینت سه بعدی پارچه ی زنجیری می پردازد که هنگام فشرده شدن، سفتی اش تغییر می کند.
پارچه ی زنجیری با نایلون پرینت شده است و هر حلقه زنجیره ای یک هشت ضلعی است، همانطور که در تصویر زیر می توانید مشاهده کنید. توخالی بودن هر هشت ضلعی منجر به چگالی کم و در عین حال سختی کششی بالای پارچه می شود.
نگاره 1) واحد های هشت ضلعی که پارچه را تشکیل می دهند
“واحد” ها از نظر توپولوژیکی در یکدیگر قفل شده اند، بدین معنی که آنها مانند زره زنجیره ای به هم متصل شده تا یک پارچه ی شل پیوسته را شکل دهد. این مقاله در واقع بیان می کند که پارچه با وجود واحدهای سه بعدی، بیشتر شبیه یک ساختار دو بعدی است.
برای کنترل سختی، محققین پارچه ی زنجیره ای را در کیسه ای پلاستیکی شفاف قرار دادند و هوا ی درون کیسه را خارج کردند. این کار واحدها را با هم فشرده کرده و باعث می شود که به هم متصل شوند، حرکت هر ذره محدود شود و در نتیجه سختی ساختار کلی پارچه افزایش یابد.
این فشار چگالی بسته ی پارچه را افزایش می دهد و باعث می شود که هر واحد تماس بیشتری با همسایگان خود داشته باشد، نتیجه، پارچه ای هشت ضلعی است که ساختاری 25 برابر محکم تر دارد.
وقتی پارچه به شکل یک میز فرم داده شود و با گرفته شدن هوا، قفل شود؛ می تواند وزن 1.5 کیلوگرم، بیش از 50 برابر وزن خود، را تحمل کند.
هشت ضلعی بودن آن نیز بدین معناست که ساختار می تواند در شکلهای غیر مسطح نیز قفل شود، مانند این پل…
نگاره 2) پارچه در فرم پل و تحمل وزن
طی آزمایش دیگری، محققین یک توپ فولادی کوچک 30 گرمی را بر روی زره زنجیر ی انداختند. در هنگام برخورد، پارچه تا 26 میلی متر تغییر شکل می دهد، اما هنگامی که سفت می شود، تنها 3 میلی متر تغییر شکل می دهد، که به معنای شش برابر عمق نفوذ کاهش یافته است.
نگاره 3) تست مقاومت در برابر ضربه در حالت عدم فشردگی
نگاره 4) تست مقاومت در برابر ضربه در حالت فشردگی
” هدف ما ساخت متریالی با قابلیت سختی متغیر بود. پارچه ای که از حالت نرم و تاشو به حالت سفت و قادر به تحمل وزن تغییر کند. ” پروفسور Chiara Daraio، استاد مهندسی مکانیک و فیزیک کاربردی در Caltech
“با یک پارچه مهندسی شده سبک و قابل تنظیم – که به راحتی از نرم به سفت و سخت قابل تغییر است – ما می توانیم جهت رفع نیازهای بیماران و افراد پا به سن گذاشته استفاده کنیم، برای مثال، برای ایجاد اسکلت های بیرونی که می تواند در ایستادن، حمل بار و … به آنها کمک کند.” Yifan Wang از دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا NTU سنگاپور
“با الهام از زره های باستانی زنجیره ای، ما از واحدهای توخالی پلاستیکی که در هم قفل می شوند، استفاده کردیم تا سختی پارچه های قابل تنظیم را افزایش دهیم.” پروفسور Wang از دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا NTU
“برای افزایش سختی و استحکام متریال، در حال حاضر روی پارچه های ساخته شده از فلزات مختلف مانند آلومینیوم تحقیق می کنیم که می توانند برای مصارف صنعتی در مقیاس بزرگتر که نیاز به ظرفیت بار بیشتری دارند، مانند پل ها یا ساختمان ها مورد استفاده قرار گیرد.”
در تصویر زیر می توانید تصویری از یکی از نمونه های فلزی را مشاهده کنید.
نگاره 5) پارچه ی زنجیری با سختی قابل تنظیم
در آینده ، تیم Caltech / NTU سنگاپور قصد دارد بر متریال و همچنین ابزارهای جدیدی (بدون خلاء) برای کنترل سختی ساختارهای پارچه، مانند مغناطیس، برق یا دما، تحقیق کند.
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد زره زنجیره ای می توانید از طریق این لینک به مقاله دسترسی پیدا کنید.