Как фракталы помогли создать современный «вибраниум»
Микроскопическая структура материала играет огромную роль в том, насколько хорошо он поглощает энергию удара. Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории нашли такую конфигурацию структуры, которая справляется с этим особенно хорошо.
Материалы, которые должны быть ударопрочными, обычно имеют в своей структуре зазоры, которые помогают рассеивать ударные волны. Но с точной формой этих структур ученые экспериментируют до сих пор, пытаясь найти аналог вибраниума из вселенной Marvel. Исследователи тестируют самые разные конфигурации: от «нано-пенопласта» до привычных нам паттернов «елочки», «сот» и «микрошариков», а также многие другие.
Для нового исследования исследователи из Лос-Аламоса прибегли к помощи фракталов. Эти замысловатые узоры состоят из структур, которые повторяются в меньших и меньших масштабах. В нашем случае речь идет о кубиках с выдолбленными порами, распределенными по всей структуре.
Команда распечатала на 3D-принтере пластиковые кубики с вырезанными в них фрактальными пустотами, с разным уровнем детализации. Затем ученые проверили, насколько хорошо каждая конструкция выдерживает удары, подвергнув их кинетической нагрузке со скоростью около 1078 км/ч.
Исследователи обнаружили, что чем сложнее кубы, тем лучше они рассеивают ударные волны. Некоторые из них были в пять раз эффективнее, чем сплошные кубики из того же материала.
Команда утверждает, что подобная структура кубов с фрактальными пустотами могла бы сообщать новые защитные свойства материалам, используемым для производства транспортных средств, шлемов, бронежилетов и других вещей, которым приходится противостоять ударным волнам.
Тем не менее, исследователи признают, что нынешний дизайн не обязательно является наиболее эффективным. В будущем команда исследует и другие формы и структуры с помощью алгоритмов оптимизации. Не исключено, что иные фрактальные конструкции будут способны рассеивать ударные волны еще эффективнее — а значит не исключено, что в скором времени и броня претерпит существенную модернизацию.