Forskere designer materiale, der kan lagre energi som et ørnegreb

Hvad har en loppe og en ørn til fælles? De kan lagre energi i deres fødder uden konstant at skulle trække deres muskler sammen for derefter at hoppe højt eller holde fast i byttet. Nu har forskere ved Queen Mary University of London og University of Cambridge skabt materialer, der kan lagre energi på denne måde, blive klemt gentagne gange uden at beskadige, og endda ændre form, hvis det er nødvendigt.

Denne slags materialer kaldes auxetics og opfører sig helt anderledes end almindelige materialer. I stedet for at bule ud, når den bliver klemt, de falder sammen i alle retninger, lagre energien indeni.

Nuværende auxetic-materialedesign har skarpe hjørner, som gør det muligt for dem at folde ind på sig selv, opnå højere tæthed. Dette er en egenskab, der for nylig er blevet anerkendt i letvægts panserdesign, hvor materialet kan falde sammen foran en kugle ved stød. Dette er vigtigt, fordi masse foran en kugle er den største faktor i rustningseffektivitet.

De skarpe hjørner koncentrerer også kræfter og får materialet til at brække, hvis det klemmes flere gange, hvilket ikke er et problem for panser, da det kun er designet til at blive brugt én gang.

I dette studie, udgivet i Grænser i materialer , holdet af videnskabsmænd redesignede materialerne med glatte kurver, som fordeler kræfterne og gør gentagne deformationer mulige til andre applikationer, hvor energilagring og formændrende materialeegenskaber er påkrævet.

Værket danner grundlag for design af lette 3-D-understøtninger, som også foldes på bestemte måder og lagrer energi, som kunne frigives efter behov.

Hovedefterforsker Dr. Stoyan Smoukov, fra Queen Mary University of London, sagde:"Den spændende fremtid for nye materialedesign er, at de kan begynde at erstatte enheder og robotter. Al den smarte funktionalitet er indlejret i materialet, for eksempel den gentagne evne til at låse fast i objekter, som ørne låser fast i bytte, og hold et skruestik-lignende greb uden at bruge flere kræfter eller kræfter."

Teamet forventer, at dets naturinspirerede design kan bruges i energieffektive gribeværktøjer, der kræves i industrien, genkonfigurerbare form-on-demand materialer, og endda gitter med unik termisk ekspansionsadfærd.

Eesha Khare, en gæstende bachelorstuderende fra Harvard University, som var medvirkende til at definere projektet, tilføjede:"Et stort problem for materialer udsat for barske forhold, såsom høj temperatur, er deres ekspansion. Et materiale kan nu designes, så dets ekspansionsegenskaber konstant varierer for at matche en temperaturgradient længere og tættere på en varmekilde. Denne måde, det vil være i stand til at tilpasse sig naturligt til gentagne og alvorlige ændringer."

De fleksible auxetiske materialedesigner, som ikke var muligt før, blev tilpasset specifikt til nemt at kunne 3D-printes, en egenskab, forfatterne anser for væsentlig.

Dr. Smoukov tilføjede:"Ved at dyrke ting lag for lag nedefra og op, de mulige materielle strukturer er for det meste begrænset af fantasi, og vi kan sagtens drage fordel af inspirationer, vi får fra naturen."