研究者らはイカにヒントを得て、スマートで強力な3Dプリント防具を開発

2024年2月16日、アンタークティックベアは、サンディエゴ州立大学（SDSU）の研究者が海洋生物の回復力と先見性からインスピレーションを得て、従来の防弾チョッキのデザインを変更しようとしていることを知りました。この新しいアプローチでは、高度なセンシング技術と強力で耐久性のある複合材料の使用を組み合わせて、高度に統合された保護装置を開発します。この目標は、3D プリント技術の使用によって実現可能になりました。

△ イカからヒントを得た複合材料機械工学の教授ヤン・ヤン氏と徐文武氏が率いるチームは、スポーツ、軍事、医療、航空宇宙などの業界で使用されている時代遅れの身体保護具を、自分たちの材料がどのように改善できるかを説明した。

左から、サンディエゴ州立大学の博士課程の学生 Qingqing He さん、機械工学助教授の Yang Yang さん、南カリフォルニア大学の大学院生 Yushun Zeng さん。これまでも海洋生物からヒントを得て防護具を開発してきた人たちがいるが、研究者たちは特にイカの耐久性に注目した。イカは軽量でありながら驚くほど丈夫であることで知られており、ヤン教授らはイカの構造的構成を模倣しようとした。イカのいくつかの種は海面下2,000フィートの非常に高い水圧の下でも繁栄できるため、これらの極限の条件に対処できるように、殻の中に硬くて軽量な微細構造を進化させてきました。隔壁構造と呼ばれるこの微細構造により、イカは散逸したエネルギーを効率的に吸収・散逸することができ、激しい物理的ストレス環境に容易に適応することができます。

サンディエゴ州立大学の研究者たちは、この能力の可能性を認識し、衝撃力を軽減する上での重要な応用を特定しました。隔膜の構造効率を模倣するために、ヤン氏と彼のチームは圧電性のロシェル塩結晶を成長させ、それを軽量の有機材料であるイカの骨と統合した。このアプローチを使用して、彼らは衝撃力を大幅に吸収できる新しい複合材料を開発しました。

3Dプリント防護服の潜在的用途

この先進的な素材の用途は多岐にわたり、スポーツ、防衛、航空宇宙、ヘルスケアなどの産業に及びます。その中でも、複合材料の主な用途の一つはヘルメットの分野です。このヘルメットは優れた衝撃保護機能を備えているだけでなく、着用者に無症状の症状が現れた場合に警報を送信するリアルタイム監視機能も備えています。スポーツや建設の分野では、このヘルメットの応用により安全基準に革命が起こるでしょう。

さらに、ヘルスケア分野では、ブレースや膝ブレースなどのカスタマイズされた外骨格にセンサーが装備されており、同様に転倒を検知してトリガー深度データを提供することができ、安全性が向上します。

3D プリントされたコンポーネントの特性により、メンテナンスと修理がより手頃な価格になり、持続可能な開発に大きな利点がもたらされます。複合材の供給を局所的に補修することで、3D プリントされた防弾チョッキの中断部分を迅速に交換または修理することができ、最終的に埋め立て地に廃棄されることが多い従来の材料とは対照的に、製品の消費を延長し、廃棄物を削減することができます。

ヤン氏は、このプロセスについて次のように説明しました。「従来の陶器は一度壊れると、この方法では修復できず、大量の廃棄物が発生します。しかし、私たちの方法なら、再利用が可能です。製造プロセスで消費されるエネルギーはごくわずかで、製品全体の価格も手頃になります。」

ヤン氏のチームが防弾チョッキの改良を続ける中、業界パートナーとの協力も進行中です。ボディアーマーを開発して以来、彼らはNFL傘下の3D Systemsと協力し、この複合材料とアーマーを改良してリーグに導入する方法について研究を進めてきた。

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