Omicron Technology Ltd.
2019_277_05

Vesoljska plovila, kot je Falcon 9 podjetja SpaceX, so namenjena večkratni uporabi, zato morajo na pristajališčih zelo natančno pristati.

Pristajanje močno obremenjuje pristajalne noge rakete, zato morajo biti narejene tako, da lahko prenesejo velike sile. Eden od načinov reševanja tega problema so materiali, iz katerih so narejene pristajalne noge, saj nekateri materiali absorbirajo del sile in tako zagotovijo mehkejši pristanek.

Raziskovalci Univerze v Washingtonu so razvili inovativno rešitev za zmanjšanje pristajalnih sil, ki bi bila uporabna tako v vesoljski kot tudi v avtomobilski in drugih vejah industrije. Rešitev izhaja iz vzhodnjaške umetnosti prepogibanja papirja, imenovane origami. Ekipa je ustvarila metamaterial, ki je sestavljen iz prepognjenih robov, ki ob deformaciji porabijo silo za zmanjšanje napetosti v verigah celic metamateriala.

»Če bi nosili čelado, narejeno iz tega materiala, in bi vas nekaj zadelo vanjo, udarca na glavi sploh ne bi čutili, saj bi se sile na poti proti glavi pretvorile iz potisnih v raztezne,« je dejal Jinkyu Yang, profesor za aeronavtiko in astronavtiko, ki je bil eden izmed avtorjev raziskave.

»Metamateriali so kot lego kocke, mogoče je ustvariti ogromen nabor struktur s ponavljanjem enega tipa gradnika, ki mu pravimo celica,« je še dejal. »Mogoče je izdelati, odvisno od oblike celice, najrazličnejše materiale z mehaničnimi lastnostmi, ki jih sicer v naravi ne poznamo.«

»Origami je odlična metoda za izdelavo celic, saj lahko s specifičnimi pregibi ploščatih materialov dosežemo različne stopnje odpornosti ob krčenju in raztezanju. V tem primeru smo ustvarili celico, ki zmanjša silo, ki deluje nanjo tako, da poveča energijo, ki jo celica potrebuje za povrnitev v prvotno stanje,« je povedal avtor Yasuhiro Miyazawa.

Prav tako kot origami so prototipi celic tega metamateriala izdelani iz papirja. Raziskovalci so s pomočjo laserja v papir zarezali luknjice, ki so osnova robov. Ekipa je papir prepognila vzdolž teh robov v cilindrično strukturo, na vsak konec pa prilepila akrilne zaključke, ki omogočajo povezavo serije takšnih celic v poljubno dolgo verigo.

Raziskovalci so sestavili verigo dvajsetih celic, na katero so dovedli silo, ter s šestimi kamerami snemali reakcijo na delovanje sile vzdolž verige. Tako so lahko preučili začetni kompresijski val in povratni val napetosti v verigah, ko so se vračale v prvotno obliko.

Veriga, sestavljena iz origami celic, izkazuje zelo neintuitivno valovno gibanje. Čeprav je bil en konec verige izpostavljen pravokotni sili, ni ta sila nikoli prišla do drugega konca verige. Namesto nje se je val napetosti širil vzdolž prve celice. Ko se je ta povrnila v prvotno obliko, se je sila prestavila na drugo celico in tako naprej ter vse hitreje vzdolž verige, dokler ni popolnoma izzvenela. Tako so celice na koncu verige čutile le napetost višjih celic, ki so se rahlo raztezale, namesto sicer pričakovane sile pritiska.

»Z udarci se srečujemo dnevno, sistem, ki smo ga razvili, pa problem reši na popolnoma nov način in zmanjša vpliv sil udarcev. Radi bi ga uporabili tudi za zmanjševanje posledic na avtomobilih in ljudeh v prometnih nesrečah. Čeprav je trenutno uporabljen material celic papir, bi ga v prihodnosti lahko zamenjali s katerim koli drugim materialom, predvsem kompozitnim, za doseganje želenih mehaničnih lastnosti,« je še dodal Yang.

Vir: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/05/190524140857.htm

https://phys.org/