پیشرفته‌ترین نسل جلیقه‌های ضد گلوله در راهند

یکی از راه‌های عملی و دستیابی به هدف می‌تواند ساده به نظر برسد؛ فقط کافی است چگونگی عملکرد لایه‌های طبیعی را کپی کنید، اما محققان تصمیم گرفتند یک قدم فراتر بروند. در حقیقت آن‌ها قصد دارند به جای مهندسی معکوس طبیعت، روشی را با هدف برنامه‌ریزی لایه‌های منفرد برای همکاری تحت فشار توسعه دهند.

یک ماده طبیعی به صور خاص برجسته شد که آن هم صدف مروارید است. صدف مروارید که در داخل پوسته نرم‌تنان مانند صدف و صدف آبالون یافت می‌شود از لایه‌های میکروسکوپی ساخته شده که آن را سخت کرده و به شکل شگفت‌انگیزی مقاوم می‌کند.

مدت زمان زیادی است دانشمندان آن را به علت جذب نیرو بدون ترک‌خوردگی، ستایش می‌کنند. آن‌ها با الهام از سختی صدف مروارید، لایه‌های مصنوعی را به گونه‌ای طراحی کرده‌اند که به روش هماهنگ و تطبیقی پاسخ دهند.

ژانگ اظهار داشت ما به این ایده رسیده‌ایم که مواد چند لایه‌ای طراحی کنیم که هر لایه قادر به نمایش خواص و رفتارهای مختلف باشد. این رفتار گروهی نشان‌دهنده تغییر از رویکردهای قبل بوده که لایه‌ها را به صورت ایزوله یا ایستا در نظر گرفته بودند. لایه‌ها در این طراحی جدید به صورت فعال با یکدیگر همکاری می‌کنند و چگونگی عبور نیرو از طریق ماده را تغییر می‌دهند.

کمانش یک ویژگی است، نه یک شکست!

زمانی کمانش رخ خواهد داد که یک ماده به صورت ناگهانی و تحت فشار خم شود یا فرو ریزد؛ به عنوان مثال، این مسئله زمانی که یک قوطی فلزی به دلیل نیروی بیشتر از اندازه خرد شود، اتفاق خواهد افتاد.

در بیشتر موارد می‌توان آن را نشانه‌ای از شکست دانست، اما در این بخش محققان از آن به عنوان یک پاسخ کنترل‌شده استفاده می‌کنند.

لایه‌های مصنوعی با توجه به نوع ضربه به صورت مرحله‌ای خم می‌شوند؛ این پاسخ متناوب به پخش نیرو و جذب انرژی بیشتر نسبت به مواد جذب‌کننده سنتی کمک می‌کند.

ژانگ بیان کرد این کار از یک بحث با همکارم پروفسور زیگموند درباره چگونگی دست یافتن به برخی رفتارهای بسیار شدید، شکل گرفت، اما همیشه یک حد فیزیکی یا حد بالایی وجود دارد که مواد منفرد می‌توانند به آن دست پیدا کنند و این مسئله حتی با برنامه‌نویسی، امکان‌پذیر است.

او در ادامه گفت این مسئله ما را به فکر برد که چه نوع مهندسی می‌تواند برخی از رفتارهای دیوانه‌وار مواد موردنیاز در زندگی را امکان‌پذیر کند. به عنوان مثال، رفتارهای کمانش شدید می‌تواند به هدر رفتن انرژی برای چیزهایی مانند سپر خودرو کمک کند.

محققان فقط به هر لایه خواص اختصاصی ندادند؛ آن‌ها اتصال‌های سطح خرد میان آن‌ها را برنامه‌ریزی کرده و ماده‌ای ایجاد کردند که مانند یک واحد هوشمند عمل می‌کند.

ژانگ اظهار داشت چارچوب جدید ما مزایای متعددی نسبت به روش‌های موجود برای پاسخ‌های غیرخطی تنش و کرنش ارائه می‌دهد. او در ادامه گفت این چارچوب، لایه‌های چندگانه مشابه به صدف را همراه اتصال‌های آن‌ها در یک چیدمان پیوسته بهینه‌سازی می‌کند که فضای طراحی را در مقایسه با کارهای مشابه شامل چیدمان تک لایه یا ساختارهای شبکه‌ای به صورت قابل توجه گسترش می‌دهد.

هنگامی که نمونه‌های اولیه فیزیکی توسط تیم تحقیقاتی ساخته شد، مواد به صورت دقیق مطابق با پیشبینی مدل‌ها رفتار نکردند، اما بر اساس گفته‌های محققان، تلاش مفیدی بود.

ژانگ در ادامه افزود اختلافی که ما پیدا کردیم، همان چیزی است که همواره در طول زندگی اتفاق خواهد افتاد؛ ما می‌توانیم از این اطلاعات برای برنامه‌ریزی ذخیره برخی اطلاعات در داخل و سپس رمزگشایی اطلاعات استفاده کنیم. ثبت این اختلاف و در نهایت دستیابی به اطلاعات موردنیاز برای بهبود کار، جذابیت زیادی دارد. نتایج کار درخشان بوده که می‌توان به تولید جلیقه ضد گلوله با دوام بسیار بالا اشاره کرد.

ژانگ بر این باور است هنوز تولید در مقیاس بزرگ به عنوان یک مانع مهم شناخته می‌شود، اما در حال حاضر ایده اصلی یک پیشرفت به حساب می‌آید. ژانگ معتقد است شرایط موجود برای مواد هم مشابه است؛ هنگامی که مواد مختلف به صورت جمعی کار کنند، می‌توانند عملکردی از خود ارائه کنند که بسیار تاثیرگذارتر از زمانی است که به صورت جداگانه انجام می‌دهند.