Kalifornian teknillisen instituutin insinööritieteellisessä tiedekunnassa on juuri luotu ”uusi materiaaliluokka”: polykatenoitu arkkitehtoninen materiaali. Mutta mikä siinä on niin erikoista? Tulette hämmästymään!
Sisällysluettelo
Kalifornian teknillisen instituutin (Caltech) tutkijat ovat kehittäneet uuden materiaalityypin – polykatenoidut arkkitehtoniset materiaalit (PAM). Tämä uusi, aiemmin tuntematon materiaali käyttäytyy sekä kiinteänä aineena että rakeisena rakenteena . Tämän ainutlaatuisen ominaisuuden ansiosta sitä voidaan käyttää monilla eri aloilla. Tutkijat käyttivät 3D-mallinnusta kehittääkseen tämän melko epätavallisen ”ketjun”. Heidän tutkimuksensa, jota rahoittivat muun muassa Yhdysvaltain armeijan tutkimuslaitos, Gary Klineardin innovaatiorahasto ja Yhdysvaltain energiaministeriö, on julkaistu Science-lehdessä.
Uusi esineiden luokka?
Kuten edellä mainittiin, PAM-materiaalit käyttäytyvät puristettaessa kuin kiinteä kappale. Ne toimivat kuin jyvä, kuten hiekka ja riisi, kun niihin kohdistuu puhdas tai sivuttaisvoima. Tutkijat selittävät, että nämä polykatenoidut arkkitehtoniset materiaalit koostuvat monista muotoista, jotka on yhdistetty toisiinsa muodostaen kolmiulotteisia kuvioita ja sopeutuen liikkeeseen muuttamalla rakenteitaan. Tämä mahdollistaa niiden muotoutumisen huokoisten tai metallisten aineiden muotoisiksi. Tällaista käyttäytymistä ei esiinny muissa materiaalityypeissä, sanoo Chiara Darajo , koneenrakennuksen ja sovelletun fysiikan professori, joka pitää niitä todellisena ”uudena materia-luokkana”. ”PAM:ssa yksittäiset hiukkaset ovat sidoksissa toisiinsa kuten kiteisissä rakenteissa Nämä hiukkaset voivat liikkua vapaasti toisiinsa nähden, ne virtaavat, liukuvat toistensa päällä ja muuttavat suhteellista sijaintiaan, vähän kuin hiekanjyvät”, hän selittää.
Testaus ja 3D-mallinnus
Tutkijat käyttivät tietokonemallinnusta, 3D-tulostusta ja erilaisia materiaaleja (akryylipolymeerejä, nailonia ja metalleja) PAM:n suunnittelussa. Heidän mukaansa PAM mallinnettiin ensin tietokoneella ja suunniteltiin toistamaan ristikkorakenteita kiteisissä kiinteissä aineissa. Paitsi että kiinteät hiukkaset korvattiin monikulmaisilla, lukitsevilla renkailla tai soluilla, rakenne muistutti jonkin verran ketjupanssaria. Kun ensimmäiset prototyypit (5 cm halkaisijaltaan olevat kuutiot ja pallot) oli kehitetty, tutkimusryhmä testasi niitä altistamalla ne erilaisille fyysisille rasituksille. ”Aloitimme puristamalla esineitä hieman voimakkaammin joka kerta. Sitten kokeilimme yksinkertaista sivuttaisvoimaa, samanlaista kuin mitä käyttäisit, jos yrittäisit repiä materiaalia.” Lopuksi teimme reologisia testejä nähdäksemme, miten materiaalit reagoivat vääntöön, ensin hitaasti, sitten nopeammin ja voimakkaammin”, kertoo Wenzhe Zhou, postdoc-tutkija Kalifornian teknillisen instituutin laboratoriossa.
Erilaisia mahdollisia sovelluksia
Tutkijat uskovat, että tällä uudella materiaalilla voi olla sovelluksia monilla eri aloilla: kypäristä ja muista suojavarusteista biolääketieteellisiin laitteisiin ja robotiikkaan. Asia on nimittäin niin, että polyamidit laajenevat tai supistuvat sähkövarauksien ja fyysisten voimien vaikutuksesta. Nämä ominaisuudet voivat olla hyödyllisiä erityisesti suoja– ja eristyslaitteiden valmistuksessa. Luchi Li , apulaisprofessori Princetonin yliopiston siviili- ja ympäristörakentamisen laitoksella, sanoo olevansa innostunut näiden polykatenoitujen rakennusmateriaalien tulevaisuudesta.
”Voimme harkita edistyneiden tekoälyteknologioiden integroimista tämän laajan suunnittelualueen tutkimuksen nopeuttamiseksi. Olemme vasta alustavasti tutkineet mahdollisuuksia”, hän totesi. Lisätietoja on sivustolla caltech.edu. Aika näyttää, löydetäänkö tälle ”uudelle materiaalille” käyttöä.
