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科学家用3D打印模拟动物鳞片开发下一代装甲

发布时间: 2015-02-27 07:00 来源: 天工社 作者: 网络 点击: 我要评论 条评论)

近日,美国东北大学工程学院的助理研究科学家RanajayGhosh从大自然中获取灵感,用3D打印模拟各种动物的皮肤鳞片,以开发下一代的装甲,获得了显著成果。

人们从大自然中寻找设计灵感由来已久,在科学上这被称为仿生或仿生学,但直到最近科学家们还没有技术能够真正重现自然形态。但3D打印技术已经日益被证明有这方面的潜力。“表皮的改变是进化的主要内容之一,”Ghosh解释说,“几乎每一种生物体都有东西在它的皮肤上,以提供重要的生存特性,比如防御天敌、伪装、热调节和感官功能。在许多动物身上,这种演变导致鳞片的形成。”

这就是为什么Ghosh和他的研究小组在副教授AshkanVaziri的带领下,一直在研究各种动物的鳞片并从中获得启发,开发新一代装甲系统。具体来说,他们研究的是蛇、鱼和蝴蝶(蝴蝶的翅膀上有极小的鳞片)身上的鳞片导致的机械行为。并最终形成了一篇很有趣的论文,发表在最近出版的12月份《AppliedPhysicsLetters》杂志上。

您可能不会注意到,鱼和蛇的鳞片实际上为其提供了非常平衡的机动性和防护功能,这是大自然亿万年来自然选择的结果。而蝴蝶翅膀上的细小鳞片则具有非常有用的光学性能,可以帮助蝴蝶通过伪装或模仿隐藏起来。这些特性,如果能够被人类掌握,可以发挥非常有用的作用。“下一代装甲系统会很轻,而且具有很多功能,同时又不会牺牲防护能力。”Ghosh介绍说,“在这方面,大自然为装甲的发展提供了非常重要的信息。”

据研究团队在发表的文章里透露,他们使用3D打印重建鱼鳞并使之与柔软的衬底(类似身体)相结合,其结果非常成功。研究团队发现,这些非常薄的3D打印鱼鳞使得柔软的底材变得难以穿透,而且硬得多,同时其重量也很轻。

Ghosh在其论文中介绍说,这些模拟鱼鳞的片材用的是一台ObjetEden3333D打印机和ABS材料打印的。据天工社了解,用于代表人体的衬底则是用VPS硅胶制成的,科学家先3D打印出ABS模具,然后再用VPS硅胶成型。

从理论上讲,鱼鳞状结构可用于制造更加坚固、更灵活的装甲。不过研究团队最终希望将多个物种的鳞片特性整合到一个系统中。比如蛇鳞的机动性,也是一种很受欢迎的特性。“我们能合成出自然界不存在的特性,因为我们拥有很多的材料可供选择。”Ghosh说。

未来几个月,研究团队希望将3D打印与纳米制造相结合,进一步整合各种生物鳞片的自然属性,打造出一种真正现代化的盔甲。

(责任编辑:单刀)
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