Платформа для гибкого проектирования
Новые «трехмерные тканые метаматериалы» состоят из переплетенных волокон, которые соприкасаются друг с другом и спутываются, придавая материалам уникальные характеристики, определяемые их внутренней архитектурой, а не химическим составом. В отличие от традиционных метаматериалов, в которых приоритетом была жесткость, эти структуры можно настраивать так, чтобы они были мягче в одних областях и жестче в других, или даже изменяли форму при растяжении.
«Мягкие материалы необходимы для решения новых инженерных задач в таких областях, как мягкая робототехника, биомедицинские устройства и даже носимые устройства и функциональные текстильные изделия», — сказал Карлос Портела, профессор кафедры развития карьеры имени Роберта Н. Нойса и доцент кафедры машиностроения MIT.
Исследовательская группа разработала алгоритм, который создает графическое представление метаматериала, определяя размещение и соединение волокон. Пользователи могут управлять параметрами проектирования, такими как радиус и шаг волокон, для создания функционально градиентных структур. Среда моделирования учитывает сложные явления, включая самоконтакт внутри волокон и их спутывание, что позволяет исследователям прогнозировать и даже проектировать определенные модели разрушения.
Применения и доступность
Потенциальные области применения включают носимые датчики, которые движутся вместе с кожей человека, ткани для нужд аэрокосмической и оборонной промышленности, гибкие электронные устройства и различные печатные текстильные изделия. Этот подход решает давнюю проблему текстильного производства, которая на протяжении веков ограничивала возможные узоры.
«Обычное вязание и ткачество на протяжении сотен лет были ограничены оборудованием — существует лишь несколько узоров, из которых можно, например, изготавливать одежду, — но это изменится, если оборудование больше не будет ограничением», — сказал Портела.
Ведущий автор исследования Молли Картон, бывший постдокторант MIT, а ныне доцент кафедры прикладных исследований в Университете Мэриленда, подчеркнула более широкий потенциал этого инструмента. «До сих пор эти сложные трёхмерные решётки создавались вручную, кропотливо, что ограничивало количество конструкций, которые кто-либо испытывал», — сказала Картон. «Нам удалось описать, как работают эти тканые решётки, и использовать это для создания инструмента проектирования произвольных тканых решёток».
Проектирование разрушения в инженерных материалах
Команда подтвердила свои прогнозы, изготовив и протестировав образцы микромасштаба, продемонстрировав высоконастраиваемую анизотропную жёсткость, изменяющуюся более чем на порядок величины, и экстремальную растяжимость до четырёхкратного удлинения.
«Самым захватывающим было то, что мы смогли управлять разрушением этих материалов и создавать произвольные комбинации свойств», — отметила Портела.
Исследование, в котором также участвовали соавторы из MIT Джеймс Утама Сурджади, Бастьен Ф.Г. Эймон и Лин Сюй, было частично выполнено на производственных мощностях MIT.nano.
Примечание редакции блога
MIT.nano — это не адрес в привычном смысле (как URL с точкой), а название специализированного центра Массачусетского технологического института (MIT). Это нанотехнологический объект площадью около 18 500 м², расположенный в самом сердце кампуса в Кембридже, штат Массачусетс.
[MIT.nano — это стандартный стиль брендинга для подразделений MIT, где "nano" подчёркивает специализацию на нанотехнологиях (аналогично MITx для онлайн-курсов или CSAIL для ИИ-лаборатории). Точка имитирует сокращение домена (.nano), делая название запоминающимся и современным]
Открыт в 2018 году, MIT.nano служит хабом для исследований в области нанонауки и нанотехнологий. Включает чистые комнаты класса 100 (45 000 кв. футов), лаборатории для визуализации, метрологии, прототипирования и иммерсивные пространства для AR/VR.
В упомянутом исследовании о 3D-печатных метаматериалах часть работ проводилась именно в производственных мощностях MIT.nano. Это стандартное обозначение для их фабрик, доступных студентам, преподавателям и внешним исследователям . Официальный сайт: mitnano.mit.edu.
Комментариев нет:
Отправить комментарий