Följ den okrossbara studsande telefonen! Ett team från Polytechnique Montréal visade nyligen att ett tyg designat med additiv tillverkning absorberar upp till 96 % av stötenergin – allt utan att gå sönder. Cell Rapporter Fysisk Vetenskap tidskriften publicerade nyligen en artikel med detaljer om denna innovation, vilket banar väg för skapandet av okrossbara plastöverdrag.

Konceptet och den medföljande forskningen som avslöjas i artikeln är relativt enkel. Professorerna Frédérick Gosselin och Daniel Therriault från Polytechnique Montréals institution för maskinteknik, tillsammans med doktoranden Shibo Zou, ville demonstrera hur plastväv kan infogas i en glasruta för att förhindra att den splittras vid kollisionen.

Det verkar vara ett tillräckligt enkelt koncept, men ytterligare eftertanke visar att det inte finns något enkelt med denna plastväv.

Forskarnas design inspirerades av spindelnät och deras fantastiska egenskaper. "Ett spindelnät kan motstå effekten av en insekt som kolliderar med det, på grund av dess förmåga att deformeras via offerlänkar på molekylär nivå, inom silkesproteinerna själva, Professor Gosselin förklarar. "Vi blev inspirerade av den här egenskapen i vårt tillvägagångssätt."

Biomimik via 3D-utskrift

Forskare använde polykarbonat för att uppnå sina resultat; vid uppvärmning, polykarbonat blir trögflytande som honung. Med hjälp av en 3D-skrivare, Professor Gosselins team utnyttjade denna egenskap för att "väva" en serie fibrer som är mindre än 2 mm tjocka, upprepade sedan processen genom att skriva ut en ny serie fibrer vinkelrätt, rör sig snabbt, innan hela banan stelnat.

Det visar sig att magin ligger i själva processen – det är där den slutliga produkten får sina nyckelegenskaper.

Eftersom den långsamt strängpressas av 3D-skrivaren för att bilda en fiber, den smälta plasten skapar cirklar som i slutändan bildar en serie öglor. "När den har härdat, dessa slingor blir till offerlänkar som ger fibern ytterligare styrka. När påverkan inträffar, dessa offerlänkar absorberar energi och går sönder för att bibehålla fiberns övergripande integritet - liknande silkesproteiner, " förklarar forskaren Gosselin.

I en artikel publicerad 2015, Professor Gosselins team visade principerna bakom tillverkningen av dessa fibrer. Det senaste Cell Rapporter Fysisk Vetenskap artikeln avslöjar hur dessa fibrer beter sig när de är sammanflätade för att ta formen av en väv.

Studie huvudförfattare Shibo Zou, använde tillfället för att illustrera hur en sådan väv skulle kunna bete sig när den placeras inuti en skyddsskärm. Efter att ha bäddat in en serie banor i transparenta hartsplattor, han genomförde slagtester. Resultatet? Plastwafers spred upp till 96 % av slagenergin utan att gå sönder. Istället för att spricka, de deformeras på vissa ställen, bevara skivornas övergripande integritet.

Enligt professor Gosselin, denna naturinspirerade innovation kan leda till tillverkning av en ny typ av skottsäkert glas, eller leda till produktion av mer hållbara plastskyddande smartphones-skärmar. "Det kan också användas inom flygteknik som en skyddande beläggning för flygplansmotorer, " noterar professor Gosselin. Under tiden, han avser verkligen att utforska de möjligheter som detta tillvägagångssätt kan öppna för honom.