Инженеры черпали вдохновение из ракушек и грейпфрутов, чтобы создать то, что, по их словам, является первым изготовленным не режущим материалом. Этот новый материал, который может быть использован в индустрии безопасности и охраны здоровья, может обернуть силу режущего инструмента на себя.

Разработка была представлена в журнале Scientific reports.

Легкий материал — названный Proteus в честь мифического бога Протея, который мог принимать различные облики —сделан из керамических сфер, заключенных в ячеистую алюминиевую конструкцию. В ходе испытаний она не может быть разрезана угловыми шлифовальными машинами, сверлами или струями воды под высоким давлением.

Международная исследовательская группа, возглавляемая Университетом Дарема в Великобритании, и Институтом станков и технологии формовки им. Фраунгофера в Хемнице в Германии, получила идею для нового материала из прочной клеточной оболочки грейпфрута и устойчивых к разрушению оболочек моллюсков.

Эти морские существа построены из плиток, связанных с биополимерным материалом, который делает их устойчивыми к переломам. Органические материалы, защищающие моллюска — такие как арагонитовая плитка, которые содержатся в их раковинах — были заменены в новом материале на промышленную, глиноземную керамику и алюминиевую матрицу из металлической пены.

Новый материал прочный, легкий и не режется. Исследователи говорят, что его можно использовать для изготовления велосипедных замков, легкой брони и защитного снаряжения для людей, которые работают с режущими инструментами.

Новая система материалов является динамичной с развивающейся внутренней структурой, которая создает высокоскоростное движение там, где она взаимодействует с режущими инструментами. Динамический ответ больше похож на живые структуры.

Материал изготовлен из ячеистой алюминиевой структуры, обернутой вокруг керамических сфер, что оказывает двойное разрушительное воздействие на режущие инструменты. При резке с помощью угловой шлифовальной машины или сверла вибрации, создаваемые керамическими сферами внутри корпуса, притупляют режущий диск или сверло.

Взаимодействие между диском и керамической сферой создает взаимосвязанную вибрационную связь, которая противостоит режущему инструменту бесконечно. Лезвие постепенно разрушается и, в конечном счете, становится неэффективным, так как сила и энергия диска или сверла поворачивается обратно на себя, и он ослабляется и разрушается собственной атакой.

Кроме того, керамика распадается на мелкие частицы, которые заполняют ячеистую структуру материала и затвердевают при увеличении скорости режущего инструмента из-за межатомных сил между керамическими зернами. Таким образом, адаптивный характер материала дополнительно отталкивает любое воздействие.

Мы были заинтригованы тем, как клеточная структура грейпфрута и черепичная структура раковин моллюсков могут предотвратить повреждение плода или существ внутри, несмотря на то, что они сделаны из относительно слабых органических строительных блоков. По сути, разрезать наш материал — это все равно, что разрезать желе, заполненное самородками. Если вы пробуете желе, вы ударяете о самородки, и материал будет вибрировать таким образом, что он разрушает режущий диск или сверло, – Стефан Шинишевский, доцент кафедры прикладной механики, факультет инженерии, Университет Дарема.

Эти природные структуры определили принцип работы металлокерамического материала, который основан на динамическом взаимодействии с приложенной нагрузкой, в отличие от пассивного сопротивления.

Исследователи приобрели патент на свою технологию, и они надеются заключить сделки с отраслевыми партнерами, чтобы его можно было превратить в продукты для рынка.