Космические корабли из костей?
Как получить легкий материал с низкой плотностью, но не теряющий при этом в прочности? Над этой головоломкой долгие годы бьются инженеры и строители. Немецкие ученые изготовили на 3D-принтере легкий и очень прочный материал, вдохновившись сложной микроскопической архитектурой живой ткани – наших собственных костей.
«Создавать всё более легкие и прочные вещества – главная задача инженеров, но со стандартными материалами мы, кажется, дошли до определенного предела. Чтобы идти дальше, один из вариантов – научиться у природы», - рассказывает Йенс Бауэр (Jens Bauer), инженер-механик из Технологического института Карлсруэ.
Сталь и другие базовые промышленные материалы – очень плотные и тяжелые: это крайне нежелательно при строительстве самолетов и космических кораблей. Хотя у инженеров удалось создать синтетические пористые материалы – вроде пеноалюминия с его пузырьками воздуха – их легкость сочетается с хрупкостью: пористый металл хуже цельного.
А вот у дерева и кости таких проблем нет. Это живые ткани, естественные пористые материалы. Они очень прочны, благодаря особому расположению воздушных включений. В металлопене пузырьки воздуха расположены случайным образом, а в дереве и кости они выкладываются в сложную структуру, цель которой как раз и состоит в том, чтобы выдерживать нагрузки. Можно привести аналогию со столом: хотя большую часть пространства под столешницей занимает воздух, четыре ножки удерживают ее – именно благодаря своему расположению.
У дерева и кости есть еще одно преимущество: их ячеистая архитектура начинается на самом микроскопическом уровне, что позволяет этим материалам получить все выгоды размерного эффекта: чем мельче стройматериал, тем он прочнее. Не поэтому ли муравьи могут носить вес, в 50 раз превышающий их собственный, а люди – нет?
Сейчас исследователи печатают на трехмерном лазерном литографе крошечные структуры из керамико-полимерного композита. Они экспериментируют с различными формами – от кубических решеток с диагональными опорами до шестигранных «сот».
Исследование представлено в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
По материалам Los Angeles Times.
Артём Космарский nauka21vek.ru