13x lebih kaku dari desain yang ada: para ilmuwan mengembangkan materi baru dengan kekuatan tekan yang luar biasa
Terinspirasi oleh spons laut dalam yang sederhana, insinyur universitas RMIT telah mengembangkan bahan baru dengan kekuatan dan kekakuan tekan yang luar biasa yang dapat meningkatkan desain arsitektur dan produk.
Terinspirasi oleh spons laut dalam It’s this last aspect – known as auxetic behavior – that opens a whole range of possibilities to apply the design across structural engineering and other applications. “While most materials get thinner when stretched or fatter when squashed, like rubber, auxetics do the opposite,” Ma said. “Auxetics can absorb and distribute impact energy effectively, making them extremely useful.” Natural auxetic materials include tendons and cat skin, while synthetic ones are used to make heart and vascular stents that expand and contract as required. But while auxetic materials have useful properties, their low stiffness and limited energy absorption capacity limit their applications. The team’s nature-inspired double lattice design is significant because it overcomes these main drawbacks. “Each lattice on its own has traditional deformation behavior, but if you combine them as nature does in the deep-sea sponge, then it regulates itself and holds its form and outperforms similar materials by quite a significant margin,” Ma said. https://www.youtube.com/watch?v=qavelbuyda4 Hasil yang diterbitkan di Struktur Komposit Tunjukkan bahwa dengan jumlah penggunaan material yang sama, kisi 13 kali lebih kaku dari bahan auxetic yang ada, yang didasarkan pada desain sarang lebah masuk kembali. Ini juga dapat menyerap energi 10% lebih banyak sambil mempertahankan perilaku auxetic dengan kisaran regangan 60% lebih besar dibandingkan dengan desain yang ada. Ngoc San Ha mengatakan kombinasi unik dari properti ini membuka beberapa aplikasi menarik untuk materi baru mereka. “Kisi auxetic bio yang ini memberikan fondasi yang paling solid bagi kami untuk mengembangkan bangunan berkelanjutan generasi berikutnya,” katanya. “Metamaterial auxetic kami dengan kekakuan tinggi dan penyerapan energi dapat menawarkan manfaat yang signifikan di berbagai sektor, dari bahan konstruksi hingga peralatan pelindung dan peralatan olahraga atau aplikasi medis,” katanya. Struktur kisi bioinspired dapat berfungsi sebagai kerangka bangunan baja, misalnya, memungkinkan lebih sedikit baja dan beton untuk digunakan untuk mencapai hasil yang sama sebagai bingkai tradisional. Strukturnya juga dapat membentuk dasar peralatan pelindung olahraga ringan, rompi anti peluru, atau implan medis. Profesor kehormatan Mike Xie mengatakan proyek ini menyoroti nilai dalam mengambil inspirasi dari alam. “Tidak hanya biomimikri menciptakan desain yang indah dan elegan seperti ini, tetapi juga menciptakan desain pintar yang telah dioptimalkan selama jutaan tahun evolusi yang dapat kita pelajari,” kata Xie. Tim di Pusat RMIT untuk Struktur dan Bahan Inovatif telah menguji desain menggunakan simulasi komputer dan pengujian laboratorium pada sampel cetak 3D yang terbuat dari poliuretan termoplastik. Mereka sekarang berencana untuk memproduksi versi baja desain untuk digunakan bersama dengan beton dan struktur tanah yang ditabrak – teknik konstruksi menggunakan bahan baku alami yang dipadatkan. “Meskipun desain ini dapat memiliki aplikasi yang menjanjikan dalam peralatan olahraga, APD, dan aplikasi medis, fokus utama kami adalah pada aspek pembangunan dan konstruksi,” kata Ma. “Kami sedang mengembangkan bahan bangunan yang lebih berkelanjutan dengan menggunakan kombinasi unik desain kami tentang kecemburuan, kekakuan, dan penyerapan energi yang luar biasa untuk mengurangi penggunaan baja dan semen dalam konstruksi. “Fitur auxetic dan orsorbing energinya juga dapat membantu meredam getaran selama gempa bumi.” Tim juga berencana untuk mengintegrasikan desain ini Pembelajaran Mesin Algoritma untuk optimasi lebih lanjut dan untuk membuat bahan yang dapat diprogram. Referensi: “Perilaku Auksetik dan Karakteristik Penyerapan Energi dari Struktur Kisi yang Terinspirasi oleh Spons Laut Dalam” oleh Jiaming Ma, Hongru Zhang, Ting-uei Lee, Hongjia Lu, Yi Min Xie dan Ngoc San Ha, 27 Desember 2024, Struktur Komposit. Pendanaan: Dewan Penelitian Australia
Overcoming the Limitations of Auxetic Materials
Video ini menggambarkan struktur kisi ganda tim. Kredit: Universitas RMIT
Aplikasi Praktis dalam Konstruksi dan Keselamatan
Langkah selanjutnya
Doi: 10.1016/j.compruct.2024.118835
