A fejlesztést Shelly Zhang professzor (University of Illinois Urbana-Champaign) és Ole Sigmund professzor (Dán Műszaki Egyetem) vezette. Csapatuk a gyöngyház – vagyis a puhatestűek héjában található anyag – különleges szerkezetéből merített inspirációt. A gyöngyház híres arról, hogy rendkívül ellenálló és kiválóan képes elnyelni az energiát anélkül, hogy megrepedne.

„Az volt az elképzelésünk, hogy olyan többrétegű anyagot hozzunk létre, amelyben minden egyes réteg eltérő tulajdonságokat és viselkedésformákat mutat” – magyarázta Zhang.

A korábbi módszerek gyakran egyszerűen csak lemásolták a természetes struktúrákat, ezzel szemben ez a csapat egy programozható anyagot alkotott meg. Ez esetben ugyanis minden réteg másképp reagál a rá ható erőkre. A rétegek nem passzívak, hanem úgy vannak kialakítva, hogy együttműködjenek, és dinamikusan alakítsák az erőhatások anyagon belüli terjedését. A páncél egyik legkülönlegesebb tulajdonsága az, ahogyan az anyag a hajlítást – ami a legtöbb anyagnál szerkezeti gyengeséget jelent – tudatosan, irányított mechanizmusként használja. A rétegek az ütközés intenzitásától függően lépcsőzetesen, összehangoltan deformálódnak. Ez a fokozatos torzulás nemcsak jobban eloszlatja az erőhatásokat, hanem több energiát is képes elnyelni, mint azok a hagyományos anyagok, amelyeket például autók lökhárítóiban vagy testpáncélokban alkalmaznak.

Az újítás azonban nem csupán a rétegek felépítésében rejlik. A kutatók a rétegek közti mikroszkopikus kapcsolatokat is programozták, lehetővé téve, hogy az anyag egységes, adaptív rendszerré váljon. „Az új keretrendszerünk számos előnyt kínál” – mondta Zhang.

„Nemcsak a gyöngyházhoz hasonló rétegeket optimalizálja, hanem azok kapcsolódási módjait is, ezzel jelentősen kitágítva a tervezési lehetőségeket a korábbi megoldásokhoz képest.”

A prototípusok készítésekor az anyag fizikai viselkedése nem minden esetben egyezett meg pontosan a számítógépes modellekkel. A kutatók azonban nem hibaként értékelték ezt, hanem lehetőségként használták fel a további fejlesztéshez.

„Ezeket az eltéréseket felhasználhatjuk arra, hogy tudatosan programozzuk a deformáció sorrendjét – és akár vissza is tudjuk majd fejteni ezt az információt” – jegyezte meg Zhang.

Bár az ipari léptékű gyártás nem holnap fog elindulni, az igazi áttörés magában a koncepcióban rejlik: amikor több különböző anyag egymással összhangban működik, sokkal többre képesek együtt, mint bármelyikük külön-külön.

(A cikkhez használt kép illusztráció, az AI generálta/Rakéta.hu)