Mycket liten, 3-D-tryckta kuber av plast, med invecklade fraktala tomrum inbyggda i dem, har visat sig vara effektiva för att skingra stötvågor, potentiellt leda till nya typer av lätta rustningar och strukturella material som är effektiva mot explosioner och stötar.

"Målet med arbetet är att manipulera de våginteraktioner som är resultatet av en stötvåg, sa Dana Dattelbaum, en vetenskapsman vid Los Alamos National Laboratory och huvudförfattare på ett papper som ska visas i tidskriften AIP avancerar . "De vägledande principerna för hur man gör det har inte definierats väl, definitivt mindre jämfört med mekanisk deformation av additivt tillverkade material. Vi definierar dessa principer, på grund av avancerad, mesoscale tillverkning och design."

Shockwave dispergering material som drar fördel av tomrum har utvecklats tidigare, men de involverade vanligtvis slumpmässiga distributioner som upptäckts genom försök och misstag. Andra har använt lager för att återklanga stötar och släppa ut vågor. Att just kontrollera placeringen av hål i ett material gör det möjligt för forskarna att designa, modell och teststrukturer som fungerar som de är designade, på ett reproducerbart sätt.

Forskarna testade sina fraktala strukturer genom att skjuta in en impactor i dem i cirka 670 miles per timme. De strukturerade kuberna avledde stötarna fem gånger bättre än solida kuber av samma material.

Även om det är effektivt, det är inte klart att fraktalstrukturen är den bästa stötdämpande designen. Forskarna undersöker andra tomrums- eller gränssnittsbaserade mönster i jakt på idealiska strukturer för att skingra stötar. Nya optimeringsalgoritmer kommer att styra deras arbete till strukturer utanför de som består av vanliga, återkommande strukturer. Potentiella applikationer kan inkludera strukturella stöd och skyddande lager för fordon, hjälmar, eller annat mänskligt bärbart skydd.

Forskningen kommer att publiceras i julinumret 2020 av AIP avancerar , i artikeln "Chockwave dissipation by interface-dominated porous structures, " av D.M. Dattelbaum et al.