3D-gedruckten Fischschuppen können militärische Rüstung verbessern.

CAMBRIDGE, Mass., Menschliche Körper Rüstung hat einen langen Weg zurückgelegt seit der Stahl vernickelt Anzüge des Mittelalters, aber tierische Schutzbauten — wie einige Muscheln und Skalen – immer noch schlagen die modernste künstlichen Ausrüstung in Bezug auf Mobilität und Steifigkeit.

Forscher am MIT benutzen jetzt 3D-Druck zu bringen Menschen mit ihren tierischen Verwandten zu beschleunigen, durch das Studium einige der stabilsten Formen tierischen Rüstung, besonders Fischschuppen, um Ausrüstung zu entwerfen, die Flexibilität, Komfort und Haltbarkeit fand in der natürlichen Welt entspricht.

"Wir wollen verstehen, wie die Waage zu Mobilität, dann aber auch miteinander wie die Waage, auf globaler Ebene, Struktur, Festigkeit und Flexibilität zum gleichen Zeitpunkt bereitstellen" Swati Varshney, ein Student am MIT, sagte LiveScience im Rahmen eines Symposiums am intelligente Kleidung hier an der Harvard University am 15. November. [Biomimetik: 7 coole Tier-Inspired Technologies]

Solchen Bio-inspirierte Rüstung — biomimetische Rüstung, auch genannt, weil es Natur imitiert – existiert seit Jahren, sogar aus, das römische Reich, als Soldaten schuppige metallischen Gewand erinnert an Fische oder Amphibien Haut trug. Aber die jüngsten Fortschritte im 3D-Druck nun erlauben Forschern, eng und effektiv, imitieren diese natürlichen Strukturen durch die Schaffung Modelle von Skalen und nuancierten mechanische Prüfungen, die die spezifischen internen Strukturen zu identifizieren, die sie also schützende machen.

Drachenschuppen Fisch

MIT Materialwissenschaftler Christine Ortiz und ihr Team haben darauf fokussiert ihre laufenden Analysen der Senegal Bichir (Polypterus Senegalus) – eine harte skaliert, etwa 14 Zoll lang (36 Zentimeter) Fisch, auch bekannt als ein Drachen-Fisch für seine schlanken Körper und stachelige Rückenflossen.

Schuppen auf der Dragon-Fisch zu studieren – die bestehen fast vollständig aus natürlichen Keramik – das Team löst zuerst Proben von lebenden Fischen, Ortiz erklärte während einer Vorlesung Symposium. Die Skalen sind so schwer, dass das Team eine Motorsäge verwenden muss, um sie zu entfernen, aber die Fische nicht geschadet und wächst wieder neue Maßstäbe innerhalb von einigen Wochen, sagte Ortiz.

Das Team untersucht dann die Waage mit mikroskopische Bildgebung und 3D-Scannen und letztlich schafft 3D-gedruckten Modelle – mehr als 10 mal so groß wie natürliche Skala gesprengt – mechanische Tests durchzuführen, die sonst äußerst schwierig am "Real" durchzuführen, und viel kleiner skaliert. [Infografik: wie 3D Drucker Arbeit]

In ihren bildgebenden Analysen hat das Team festgestellt, dass Drachen Fischschuppen glatte Kanten haben und entsprechende Vertiefungen, mit denen benachbarten Schuppen Snuggly passen zusammen wie Puzzleteile. Die genaue Anordnung der Skalen über den Körper abhängig von dem Bereich der Bewegung in verschiedenen Regionen unterschiedlich ist, sagte Ortiz. Solche Abweichungen können helfen, informieren, wie Rüstung auf den menschlichen Körper zum Schutz der Regionen hohe Mobilität, wie Ellenbogen, im Vergleich zu denen der unteren Mobilität wie Unterarme zugeschnitten werden kann.

Die physikalische Zusammensetzung der Keramik Skala trägt ebenfalls zu seiner Langlebigkeit, das Team gefunden: die Keramik erträgt Risse in einer Weise, dass die Energie nach innen, anstatt strahlenförmig nach außen ebenso wie andere spröden Materialien zerstreut.

"Was die Natur tut, in vielen Fällen ist es unterdrückt radiale Risse in der Keramik und stattdessen es Risse im Grunde in einem Kreis rund um die Auswirkungen" Ortiz sagte während der Vorlesung. "Anstatt nach außen zu knacken, geht es eigentlich nach innen, zerstreuen Energie, um das Eindringen zu stoppen, ohne dabei die strukturelle Integrität des gesamten Systems."

Militär & andere Anwendungen

Das Team wird ihre Ergebnisse verwenden, um die strukturellen Grenzen verschiedener Kombinationen von Materialien und Designs, mit möglicherweise weitreichenden Anwendungen zu testen. Die Arbeit ist zum Teil durch die US-Armee finanziert, so dass sie erwarten, ihre Ergebnisse dass zu haben einige militärischen Anwendungen, aber auch auf andere Bereiche des menschlichen Schutz sowie erweitern wollen. Z. B. schuppigen Panzerung aus hitzebeständigen Materialien wie Keramik, könnten Wärmeschutz für Feuerwehrleute oder leichtere Material könnte so konfiguriert werden, erstellen Sie flexible Hals Wachen für Fußball-Spieler, Varshney, sagte.

"Unser Ziel ist Benutzer Mobilität ermöglichen", sagte Varshney. "Nachdem wir das lösen, dann können wir beginnen, sprechen über Haltbarkeit, und die Haltbarkeit der unterschiedlichen Systeme wird durch die Materialien, mit denen Sie in sie gefahren werden."

Neben ihren Drachen-Fisch-Studien ist das Team analysieren die Strukturen der andere gepanzerte Fische, einschließlich der praktisch Dreistachliger Stichling und gepanzerten Welse, um verschiedene natürliche Systeme zu vergleichen und letztlich auswählen, Sätze von Eigenschaften am besten geeignet für den Schutz von Menschenleben.

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