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二号站登录测速蝙蝠侠斗篷有望成为现实!新型织物可按需变硬负载自身50倍以上重量

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来自新加坡南洋理工大学 (NTU Singapore) 和美国加州理工学院 (Caltech) 的科学家开发了一种新型“链甲”织物,这种织物像布一样柔韧,但可以根据需要变硬。

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这种轻质织物由尼龙塑料聚合物 3D 打印而成,由相互联锁的空心八面体(具有八个相等三角形面的形状)组成。

当柔软的织物被包裹在一个柔软的塑料信封中并真空包装时,它会变成一个刚性结构,比放松时更硬或更难弯曲 25 倍。二号站登陆测速链接背后的物理原理称为“卡纸过渡”,类似于真空包装的大米或豆类袋中的变硬行为。

这种被称为“可穿戴结构化织物”的开发可以为下一代智能织物铺平道路,这种织物可以变硬以?;び没馐茏不骰蛐枰钔獾某兄啬芰?。

潜在应用可能包括防弹或防刺背心、为老年人提供可配置的医疗支持,以及用于高强度运动或建筑工地等工作场所的防护外骨骼。

这项跨学科研究发表在《自然》杂志上,是机械工程和先进制造专家之间合作的结果。

该论文的第一作者、南洋助理教授王一帆表示,他们的研究具有根本意义和工业相关性,可能会产生一种新的平台技术,在医疗和机器人系统中应用,造福社会。

有了一种重量轻且可调节的工程织物,很容易从软变硬,我们可以用它来满足患者和老年人口的需求,例如,制造可以帮助他们站立、承载负载和帮助他们的外骨骼与他们的日常任务,Asst 说。

受古代链甲盔甲的启发,我们使用了互锁的塑料空心颗粒来增强可调节织物的刚度。为了进一步提高材料的刚度和强度,我们现在正在研究由包括铝在内的各种金属制成的织物,这些材料可以用于适用于需要更高负载能力的大型工业应用,例如桥梁或建筑物。

该论文的通讯作者、加州理工学院 G. Bradford Jones 机械工程和应用物理学教授 Chiara Daraio 教授说,我们想要制造可以根据指令改变刚度的材料。我们想要创造一种从柔软到并且可以以可控的方式折叠成刚性和承重。

流行文化中的一个例子是 2005 年电影《蝙蝠侠开始》中的蝙蝠侠斗篷,它通常是灵活的,但当斗篷十字军需要它作为滑翔机时可以随意变硬。

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联锁织物背后的科学

可变刚度织物背后的科学概念称为“干扰过渡”。这是一种转变,二号站登陆测速链接中固体颗粒的聚集体从类似流体的软状态转变为类似固体的刚性状态,堆积密度略有增加。然而,典型的固体颗粒通常太重,无法为可穿戴应用提供足够的抗拉强度。

在他们的研究中,作者设计了环状、椭圆形、正方形、立方体、金字塔形和不同形状的八面体形状的结构粒子——二号站登陆测速链接中每个粒子由空心框架组成,然后相互连接在一起。这些结构被称为拓扑互锁结构,然后可以使用最先进的 3-D 打印技术将它们打印为单件,从而形成具有低密度和高拉伸刚度的链甲织物。

然后,他们模拟了每个粒子的平均接触点数量以及每个结构将响应施加的应力量而弯曲的程度。该团队发现,通过定制颗粒形状,可以在颗粒重量与织物弯曲程度之间进行权衡,以及如何平衡这两个因素。

为了增加一种控制织物刚度的方法,该团队将链甲织物封装在一个柔性塑料信封中,并使用真空压实织物,从外部施加压力。真空压力增加了织物的堆积密度,使每个粒子与二号站登陆测速链接相邻粒子有更多的接触,从而使八面体织物的结构刚性提高 25 倍。当形成扁平的桌子状结构并真空锁定到位时,织物可以承受 1.5 公斤的负载,是织物自身重量的 50 倍以上。

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在另一项实验中,该团队以每秒 3 米的速度将一个小钢球(30 克,直径 1.27 厘米)扔到链甲上。当织物松弛时,冲击使织物变形高达 26 毫米,但在变硬时仅变形 3 毫米,渗透深度减少了六倍。

为了展示他们使用不同来源材料的织物概念的可能性,该团队使用铝 3D 打印了链甲,并证明它在放松时具有与尼龙相同的柔韧性和“柔软”性能,但也可以“卡住” ‘ 由于铝具有更高的刚度和强度,因此与尼龙相比,它的结构要硬得多。

这些金属链甲可用于防弹衣等应用,在这些应用中,它们必须防止尖锐物体的高速冲击。在这种情况下,封装或包封材料可以由芳纶纤维制成,通常称为 Kevlar,用作防弹背心的织物。

展望未来,该团队正在寻求改善二号站登陆测速链接锁子甲的材料和织物性能,并探索更多使二号站登陆测速链接变硬的方法,例如通过磁力、电或温度。


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