軟体動物にヒントを得て、研究者らは柔軟な3Dプリント鎧を開発

軟体動物にヒントを得て、研究者らは柔軟な3Dプリント鎧を開発
出典: 未知の大陸

バージニア工科大学(VT)機械工学部のリン・リー准教授が率いる研究チームは、ヒザラガイと呼ばれる海洋軟体動物のグループにヒントを得て、3Dプリントされた柔軟な鱗状の装甲を開発した。ネイチャー・コミュニケーションズ誌に掲載されたこの研究は、柔軟性と機動性を損なうことが多い人工装甲に使用される堅固な構造を改善することを目的としている。したがって、パラメトリック計算モデリングとマルチマテリアル 3D プリントを使用することで、柔軟でスケーラブルなセラミック装甲コンポーネントを作成できます。

「ほとんどの軟体動物は、アワビのように硬い殻が1枚、またはハマグリのように殻が2枚あります」とリー教授は説明する。「しかし、ヒザラ ...

割れたガラスに生息するヒザラガイにヒントを得た 3D プリントの柔軟な鎧
3Dプリントベルトスケールアーマー
ヒザラガイ類は、重なり合った殻板を囲むように柔らかい帯状に何百もの小さな鉱化した鱗を持っています。研究者によれば、これにより動きの柔軟性と下にある軟部組織の保護が確保され、多機能な鎧の設計に最適なモデルとなるという。さらに研究チームは、この研究以前には、ヒザラガイのウエスト周囲径は詳細に研究されていなかったと指摘した。

「私たちはこれ(ウエストスケール)を非常に詳細に研究しました」とリー教授は語った。 「私たちは、その内部微細構造、化学組成、ナノメカニクス特性、3D形状を定量化しました。複数のヒザラガイ種間の鱗の形状的変化を研究し、また、3D断層撮影分析を使用して鱗がどのように組み合わさるかを調査しました。」

その結果、個々のスケールのジオメトリを複製するパラメトリック 3D モデリング手法が開発されました。これは、平面または曲面基板上に個々のスケール ユニットを組み立てるために使用され、その後、積層製造が可能になります。これに先立ち、VT の科学者たちは、機械的エネルギーを電流に変換する圧電材料を 3D プリントする方法を開発しました。

ヒザラガイは体長約1~2インチで、8枚の大きな板の周りを小さくて柔軟な鱗が囲んでいます。軟体動物は3Dプリント鎧のインスピレーションの源
保護フレキシブルアーマーシステム
3D プリントされた鎧の剛性は鱗の配置から生まれ、計算モデリングによってさらに強化されました。これは、外部負荷が臨界値に達したときに、鱗状の装甲がどのように連動して硬くなるかを明らかにするためでした。力に接触すると、これらの鱗は内側に収束して強固なバリアを形成します。

また、3D プリントされたスケールに応力がかかっていない場合、スケールは互いに対して移動し、形状と位置に応じてさまざまな柔軟性を提供できることも観察されました。リー教授は次のように付け加えた。「サンプルの形状とサイズが制御されたこれらの物理的なプロトタイプの助けを借りて、チームは制御された荷重条件下でそれらに対して直接的な機械的テストを実施しました。」
これらのテストの後、研究者らは、バイオアーマーシステムの二重の保護性と柔軟性の特性が、膝パッドなどの 3D プリント防護具の製造に適していると結論付けました。

生物学、陶芸

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