シャコの武器にヒントを得て、科学者はより強力な3Dプリント構造を開発

シャコの武器にヒントを得て、科学者はより強力な3Dプリント構造を開発
材料を強化する方法を探すとき、自然が最良の答えを提供してくれることがよくあります。 2018年6月29日、Antarctic Bearは海外メディアから、パデュー大学の研究者がシャコからインスピレーションを得たことを知りました。彼らは3Dプリント技術を使用して、ニジマスシャコにヒントを得た新しい超強力素材を開発したのです。 最近の研究では、研究者らはカリフォルニア大学リバーサイド校と協力し、新たなクラスの超強靭性材料の開発をさらに進めた。

シャコが際立っているのは一体何でしょうか?実際に、装甲のある獲物(主に軟体動物や他のカニ)を倒し、押し潰すことさえ可能です。装甲のある獲物は、損傷に対する耐性と優れた機械的特性でもよく知られています。 この驚くべき海の生き物は拳に信じられないほどの力を持っており、.22口径の弾丸と同じ速さで突撃することができます。



新たな発見により、多くの海洋甲殻類の殻や昆虫の外骨格に見られる繊維が、螺旋階段に似た螺旋構造で配置されていることが明らかになった。

「このメカニズムはこれまで詳細に研究されたことがない」とザバティエリ氏は語った。 「亀裂が発達するにつれて、亀裂伝播の推進力が徐々に弱まり、材料が突然崩壊するのを防ぐ他の同様のメカニズムの形成が促進されることを発見しました。この材料がなぜそれほど強いのかをようやく説明できると思います。」

「実験面では、既存の材料を使用して、この理論を検証する複合材料を作成しました。」

パデュー大学の博士課程学生であるNobphadon Suksangpanya氏、カリフォルニア大学リバーサイド校の博士課程学生であるNicholas A. Yaraghi氏、カリフォルニア大学リバーサイド校の化学環境工学および材料科学工学の教授であるDavid Kisailus氏、およびZavattieri氏は、Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical MaterialsおよびInternational Journal of Solids and Structures誌に、彼らの興味深い研究に関する2本の論文を発表しました。


これまでの研究で、この岩石の螺旋構造は、繰り返される高速衝撃に耐えられるように設計されていることが判明している。亀裂が形成されると、亀裂は構造物に直接伝播するのではなく、座屈パターンに従って進み、破損につながります。カリフォルニア大学リバーサイド校の電子顕微鏡で撮影された新しい画像では、1つの亀裂が広がり続けるのではなく、多数の小さな亀裂が形成され、衝撃時に物質が吸収したエネルギーが消散していることが示されています。

研究者らは、カメラとデジタル画像相関技術を使用して亀裂の挙動を捉え、材料の変形を研究し、この 3D プリント複合材料を作成してテストしました。



「私たちは、複合材がこれまで持っていなかった新しいメカニズムを確立しています」とザヴァティエリ氏は言う。「伝統的に複合材を作るときは繊維を組み合わせますが、最適な方法ではありません。自然が私たちにそのやり方を教えているのです。」

この研究結果は、航空宇宙、自動車、スポーツなど多くの用途において、より軽量で強度が高く、丈夫な材料の開発に役立つ可能性がある。


出典: 3ders



バイオニクス

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