Технологический университет Наньян (Сингапур) и Калифорнийский технологический институт (США) недавно опубликовали в журнале Nature статью, в которой подробно описываются исследования новой «умной ткани», напоминающей кольчугу, меняющей жесткость при сжатии.

Само изделие напечатано нейлоном, а каждое звено цепи имеет форму октаэдра. Полости в частицах обеспечивают низкую плотность и при этом очень высокую жесткость на растяжение. Отдельные «компоненты» топологически взаимосвязаны в «кольчугу», образуя непрерывную поверхность. В статье даже утверждается, что ткань в целом больше похожа на двумерную структуру, несмотря на очевидные трехмерные очертания.


Чтобы контролировать жесткость, исследователи поместили кольчугу в прозрачный пластиковый «пакет» и удалили воздух. Это эффективно сжимало звенья, заставляя их скрепляться вместе, ограничивая движение и, следовательно, увеличивая жесткость всей структуры. Давление увеличивает плотность упаковки ткани, заставляя каждую частицу больше контактировать со своими соседями, в результате чего для ткани на основе октаэдра структура становится в 25 раз более жесткой.

При формировании плоской конструкции в форме стола и вакуумной фиксации ткань могла выдерживать нагрузку 1.5 кг, что более чем в 50 раз превышает ее собственный вес. В другом эксперименте исследователи сбросили на кольчугу небольшой стальной шарик весом 30 грамм. Удар деформировал ткань до 26 мм в «мягком» состоянии и всего на 3 мм в жестком, что в шесть раз уменьшило глубину проникновения.

«Благодаря специальной ткани, которая является легкой и настраиваемой — легко меняющейся от мягкой к жесткой — мы можем использовать ее для удовлетворения потребностей пациентов и стареющего населения, например, для создания экзоскелетов, которые могут помочь им стоять, переносить грузы и помогать им с их повседневными задачами».



«Чтобы еще больше повысить жесткость и прочность материала, мы сейчас работаем над тканями, сделанными из различных металлов, включая алюминий, которые могут использоваться для более крупных промышленных применений, требующих более высокой грузоподъемности, таких как мосты или здания».

В будущем команда Калифорнийского технологического института / НТУ в Сингапуре стремится расширяться в сторону других материалов, а также исследовать новые (без использования вакуума) средства управления жесткостью тканевых структур, например, с помощью магнетизма, электричества или температуры. Пожелаем им удачи.