Исследователи из Хьюстонского университета (UHS) объединили древнее искусство оригами с технологиями 3D-печати. В результате они получили композитную керамическую структуру, которая гнётся! Да-да, это не ошибка – именно гнётся, что кажется невозможным для традиционной хрупкой керамики.
Команда ученых под руководством профессора Максуда Рахмана, доцента кафедры машиностроения и аэрокосмической техники, вдохновилась знаменитой схемой жёсткого складывания Миура-ори, которую придумал японский астрофизик Корё Миура еще в 1970 году. Этот схема напоминает узор из параллелограммов и даёт материалу плавно складываться и раскладываться одним движением. Схему Миура-ори использовали для развёртывания на космических спутниках больших солнечных панелей.
Как же им это удалось?
Исследователи применили технологию 3D-печати для создания керамической структуры по схеме Миура-ори, которую затем покрыли биосовместимым полимером. Результат превзошел ожидания: новый материал способен сжиматься, изгибаться и возвращаться в исходною форму!
«Керамика известна высокой твердостью и биосовместимостью, но также и хрупкостью. Мы задались вопросом: можно ли сделать керамику более устойчивой к деформации? И оригами подсказало нам решение», – объяснил профессор Рахман. Его коллега доктор Шаджедул Хок Тхакур, эксперт в 3D-печати, так прокомментировал открытие: «Геометрия оригами дала материалу механическую приспособляемость, а полимерное покрытие придало достаточную гибкость, чтобы предотвратить разрушение».
Сегодня на рынке композитных материалов обычно предлагают гибкую полимерную керамику с использованием керамической основы и полимерного связующего. Также известна керамика на основе кремнийорганических полимеров-прекурсоров (PDCs), которая подходит для аддитивного производства (3D печати) и отличается прочностью при растяжении 2,5–6,2 ГПа и модулем упругости 400–440 ГПа. Теперь предложение гибких керамических материалов станет ещё разнообразней.
В перспективе новый материал можно применять в разных областях: от медицинских протезов до аэрокосмической промышленности. Представьте себе легкие, но прочные детали космических аппаратов или защитные керамические конструкции, способные не разрушаясь адаптироваться к нагрузкам. Команда ученых не останавливается на достигнутом. Сейчас она оптимизирует структуру и улучшает характеристики нового материала с помощью искусственного интеллекта.
Опыт профессора Максуда Рахмана показал, что оригами – не просто искусство складывания бумаги, но также может использоваться для проектирования и изменять подход к решению инженерных задач. Эта разработка ученых ещё раз доказывает: сочетание традиционных идей с современными технологиями приводит к удивительным результатам, которые меняют представление о привычных вещах.
Статья подготовлена на основе материалов Хьюстонского университета и Американского общества инженеров-механиков.
Приглашаем в наш телеграм-канал https://t.me/complexcad
Заявки на конструкторские и технологические работы размещайте здесь:
https://complexcad.ru/#modal-project
Получить консультацию по конструкторским и технологическим услугам можно по ☎ +7 (495) 127-72-03
С уважением, команда «Комплекс КАД»