Nowe materiały pochłaniające wstrząsy penetrujące Ziemię mogą powstrzymać uderzenia naddźwiękowe

Naukowcy stworzyli i opatentowali nowe, przełomowe materiały amortyzujące, które mogą zrewolucjonizować sektor obronny i planetarny. Przełomu dokonał zespół z University of Kent, kierowany przez profesorów Bena Gouleta i Jane Hiscock.

Ta nowa rodzina materiałów na bazie białek, nazwana TSAM (Talin Shock Absorbing Materials), stanowi pierwszy znany przykład materiału SynBio (lub biologii syntetycznej) zdolnego do pochłaniania uderzeń pocisków naddźwiękowych. Otwiera drzwi do opracowania nowej generacji kamizelek kuloodpornych i materiałów wychwytujących pociski, aby umożliwić badanie efektów hiperprędkości w kosmosie i górnych warstwach atmosfery (astrofizyka).

Profesor Ben Gault wyjaśnił: „Nasza praca nad białkiem talinowym, które jest naturalnym amortyzatorem dla komórek, wykazała, że ​​cząsteczka ta zawiera szereg binarnych domen przełączających, które otwierają się pod wpływem napięcia i ponownie fałdują, gdy napięcie zostanie zmniejszone. siła nadaje talinowi właściwości pochłaniania wstrząsów molekularnych. ”, chroniąc nasze komórki przed skutkami dużych zmian wytrzymałości. Kiedy spolimeryzowaliśmy talin w TSAM, odkryliśmy, że pochłaniające wstrząsy właściwości monomerów talinu nadają materiałowi niesamowite właściwości”.

Następnie zespół zademonstrował rzeczywiste zastosowanie TSAM, poddając ten materiał hydrożelowy uderzeniom hipersonicznym o prędkości 1,5 km/s (3400 mil/h) — prędkości większej niż uderzenie cząstek w kosmosie zarówno w obiekty naturalne, jak i stworzone przez człowieka ( zazwyczaj > 1 km/h).s) oraz prędkości wylotowe broni palnej – które zwykle mieszczą się w zakresie od 0,4–1,0 km/s (900–2200 mph). Co więcej, zespół odkrył, że TSAM może nie tylko absorbować uderzenie cząstek bazaltu (o średnicy około 60 mikrometrów) i większych kawałków fragmentów aluminium, ale także podtrzymywać te pociski po uderzeniu.

Obecne kamizelki kuloodporne zwykle składają się z ceramicznej części czołowej wzmocnionej kompozytem wzmocnionym włóknem, co jest ciężkie i nieporęczne. Ponadto, chociaż ta zbroja jest skuteczna w odbijaniu pocisków i odłamków, nie blokuje energii kinetycznej, która mogłaby prowadzić do urazu tępym narzędziem za zbroją. Co więcej, ten typ pancerza jest często nieodwracalnie uszkodzony po uderzeniu z powodu naruszenia integralności strukturalnej, co uniemożliwia dalsze użytkowanie. To sprawia, że ​​włączenie TSAM do nowych projektów zbroi jest potencjalną alternatywą dla tych tradycyjnych technologii, zapewniając lżejszy, trwalszy pancerz, który również chroni użytkownika przed szeroką gamą urazów, w tym urazów.

Ponadto zdolność TSAM do wychwytywania i przechowywania pocisków po uderzeniu sprawia, że ​​mają one zastosowanie w sektorze lotniczym, gdzie istnieje zapotrzebowanie na materiały rozpraszające energię, aby umożliwić skuteczne zbieranie kosmicznych śmieci, pyłu kosmicznego i mikrometeorytów do dalszych badań naukowych. Co więcej, te przechwycone pociski ułatwiają projektowanie sprzętu kosmicznego, poprawiając bezpieczeństwo astronautów i trwałość kosztownego sprzętu kosmicznego. W tym przypadku TSAM mogą stanowić alternatywę dla standardowych aerożeli branżowych – które mogą topić się z powodu wysokiej temperatury spowodowanej uderzeniem pocisków.

Profesor Gene Hiscock powiedział: „Ten projekt powstał w wyniku interdyscyplinarnej współpracy między biologią podstawową, chemią i materiałoznawstwem, która zaowocowała produkcją tej niesamowitej nowej klasy materiałów. Jesteśmy bardzo podekscytowani potencjalnymi możliwościami lokalizacyjnymi TSAM w celu rozwiązywania rzeczywistych problemów. Jest to coś, nad czym aktywnie pracujemy przy wsparciu nowych współpracowników z sektora obronnego i lotniczego”.

Odniesienie: „Materiały białkowe nowej generacji przechwytują i chronią pociski przed uderzeniami naddźwiękowymi” autorstwa Jacka A. Dolana, Luke’a S. Ellisbrooka, Karen Baker i Iana R. Wstrząs, 29 listopada 2022 r., Dostępne tutaj. bioRxiv.
doi: 10.1101/2022.11.29.518433