I progressi tecnologici hanno portato alla scoperta di nuovi materiali con proprietà eccezionali, noti come metamateriali. Questi materiali, caratterizzati da microstrutture specifiche, hanno dimostrato di essere più resistenti agli impatti supersonici rispetto ai materiali solidi tradizionali. Questa scoperta apre la strada a soluzioni protettive avanzate per veicoli spaziali, veicoli terrestri, caschi e altri oggetti che richiedono protezione da impatti ad alta velocità.
Esperimenti ad alta velocità per identificare metamateriali protettivi
Gli ingegneri del MIT hanno condotto esperimenti con metamateriali microscopici, scoprendo che alcune strutture, simili a un nido d’ape, possono resistere meglio agli impatti supersonici rispetto a una lastra solida dello stesso materiale. La struttura specifica gioca un ruolo fondamentale, con alcune configurazioni che si dimostrano più resilienti di altre. Questi risultati sono stati pubblicati di recente nelle Proceedings of the National Academy of Sciences.
Test rapidi per valutare la resilienza dei metamateriali
Per testare la resilienza di vari metamateriali, gli ingegneri del MIT hanno sospeso minuscole strutture reticolari tra supporti microscopici, sparando particelle ancora più piccole a velocità supersoniche. Utilizzando telecamere ad alta velocità, hanno catturato immagini di ogni impatto con precisione al nanosecondo. Questo lavoro ha identificato alcune architetture di metamateriali che sono più resistenti agli impatti supersonici rispetto ai loro omologhi solidi non architettati.
La ricerca di strutture resistenti agli impatti
Gli ingegneri del MIT hanno stampato materiali a nido d’ape sospesi tra pilastri di supporto dello stesso materiale. La struttura microscopica risultante è alta quanto la larghezza di tre capelli umani. Questi materiali, progettati con architetture microscopiche specifiche, hanno dimostrato di possedere proprietà eccezionali.
Esperimenti ad alta velocità per testare i metamateriali
I ricercatori hanno sviluppato un metodo per testare i metamateriali senza supporto, osservando come resistono agli impatti in modo autonomo. Hanno sospeso il metamateriale di interesse tra due pilastri microscopici, calcolando la distanza necessaria affinché i pilastri supportassero il materiale alle estremità, permettendo al materiale di rispondere agli impatti senza influenze esterne.
Analisi degli impatti e delle fratture
I ricercatori hanno stampato metamateriali sospesi con sezioni trasversali simili a nidi d’ape, con architetture microscopiche tridimensionali specifiche. Hanno poi testato la resilienza all’impatto di ciascun metamateriale, sparando particelle di vetro verso le strutture a velocità fino a 900 metri al secondo, ben all’interno dell’intervallo supersonico. Hanno osservato che le particelle sparate creavano piccole perforazioni nei metamateriali reticolati, ma i materiali rimanevano intatti. Al contrario, quando le stesse particelle venivano sparate alla stessa velocità in materiali solidi non reticolati di massa uguale, creavano grandi crepe che si diffondevano rapidamente, causando la rottura del materiale.
In particolare, i materiali stampati con ripetizioni di otto lati sembravano essere i più resistenti. Queste osservazioni suggeriscono che alcune architetture possono rendere un materiale più resistente e offrire una migliore protezione dagli impatti.
Conclusioni e prospettive future
I risultati indicano che alcune architetture di metamateriali possono rendere un materiale più resistente e offrire una migliore protezione dagli impatti. Il team prevede di utilizzare il nuovo metodo di test e analisi rapida per identificare nuovi design di metamateriali, nella speranza di individuare architetture che possano essere scalate per creare equipaggiamenti protettivi, indumenti, rivestimenti e pannelli più forti e leggeri.
