Motýlí křídla inspirují vědce k vytvoření ultralehkého materiálu pro bezpečnější letadla a budovy odolné zemětřesení

Vědci z japonské univerzity Tohoku ve spolupráci s kolegy z čínské univerzity Wuhan se inspirovali motýlími křídly a vyvinuli inovativní mřížkovou strukturu, která se vyznačuje mimořádnou pevností, odolností proti nárazům a schopností pohlcovat energii.

Vědci z japonské univerzity Tohoku ve spolupráci s kolegy z čínské univerzity Wuhan se inspirovali motýlími křídly a vyvinuli inovativní mřížkovou strukturu, která se vyznačuje mimořádnou pevností, odolností proti nárazům a schopností pohlcovat energii. Tento ultralehký materiál napodobuje způsob, jakým motýli rozkládají napětí ve svých křídlech.

Pro svůj projekt tým replikoval geometrii žilkování hmyzích křídel a vytvořil mřížkovou architekturu ve tvaru motýla s tělesně centrovanou kubickou strukturou. Tento design nejen minimalizuje napětí, ale také výrazně zvyšuje odolnost vůči extrémním silám. Namísto úpravy základního materiálu, což by bylo náročné na zdroje, se výzkumníci zaměřili na strukturální topologii, aby kontrolovali tuhost, pevnost, deformační chování a odolnost proti selhání.

Laboratorní testy a počítačové simulace ukázaly, že nová mřížka výrazně překonává konvenční konstrukce. Při kvazistatické kompresi i dynamickém nárazovém zatížení vykazovala vyšší modul pružnosti, zvýšené plató napětí a vynikající schopnost pohlcovat energii. Struktura efektivně přerozdělovala napětí prostřednictvím deformace ve tvaru písmene X, podobně jako motýl roztahující křídla, čímž potlačila lokalizovaný kolaps a oddálila katastrofické selhání. Eric Jianfeng Cheng, docent z Tohoku University, zdůrazňuje, že většina lehkých mřížkových materiálů nedokáže odolat silám, jako je lokální vybočení nebo náraz, zatímco jejich design vykazuje mnohem větší odolnost vůči náhlému mechanickému zatížení.

Tato vysoce odolná struktura má velký potenciál pro integraci do budoucích letadel a pro použití v infrastruktuře odolné proti zemětřesení, což by výrazně zlepšilo celkovou bezpečnost. V leteckém průmyslu jsou lehké materiály schopné pohlcovat nárazy klíčové pro zvýšení bezpečnosti letadel bez přidání zbytečné hmotnosti. V oblastech náchylných k zemětřesení, jako je Japonsko, by design inspirovaný motýly mohl vést k materiálům, které dokážou absorbovat a rozptýlit seismickou energii, čímž by se snížilo poškození konstrukcí. Výzkumníci vidí slibné uplatnění v letectví, automobilovém průmyslu a ochranných systémech, kde jsou lehké materiály odolné proti nárazům kriticky důležité.