Панцирный моллюск стал моделью для нового дизайна брони
Гибкость и защитные свойства брони панцирных моллюсков вдохновили ученых из Политехнического института и государственного университета Виргинии (Virginia Tech) на создание нового материала.
Команда Лина Ли проанализировала характеристики хитона, уникальной биологической защитной системы, сообщает eurekalert.org. В исследовании участвовали ученые из Массачусетского технологического университета, Онкологического института Dana-Farber, Калифорнийского университета в Фуллертоне и Института коллоидов и пограничных зон Макса Планка.
Большинство моллюсков живет в одинарной или двойней жесткой раковине. Хитон имеет 8 минерализованных пластин, покрывающих спину, и сеть чешуек на животе, обеспечивающих гибкость и защиту.
Выводы исследования представлены в Nature Communications.
Команда первой провела углубленное изучение чешуек хитона.
«Мы подробно рассмотрели материал, определили его внутреннюю микроструктуру, химический состав, наномеханические свойства и трехмерную геометрию. Мы изучили чешуйки разных видов, а также способы их соединения», — сказал Ли.
Команда разработала параметрическую методологию 3D-моделирования для имитации геометрии отдельных пластинок. Ученые собрали их вместе на плоских или изогнутых основаниях. С помощью 3D-печати они изготовили модели брони.
«Мы изготовили хитоновую структуру с жесткими пластинами сверху и гибкими – снизу», — объяснил Ли.
Команда протестировала эти прототипы в условиях контролируемой нагрузки. Это позволило понять защитные и механизмы и гибкость биологической брони. Под нагрузкой пластины сходятся внутрь, образуя твердый барьер. Без нее элементы могут двигаться, обеспечивая разный уровень гибкости. Дизайн брони учитывает размер пластин. Маленькие элементы полезны для зон, требующих максимальной гибкости, крупные – наибольшей защиты.
«Локтям и груди, например, необходимое разное сочетание этих свойств, — сказал Ли. – Это нужно учитывать при выборе размеров, формы и ориентации элементов брони».
Работа началась на средства Министерства обороны, когда Ли был аспирантом МТИ. Перейдя в Virginia Tech в 2017 году, он продолжил исследования без спонсорской помощи. Ли надеется, что выводы проекта помогут улучшить существующую броню.
