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麥吉爾大學工程師們使用3D列印製作不可穿透的「魚鱗」手套

蒙特利爾麥吉爾大學的機械工程師團隊從動物世界獲取靈感以發展新的3D列印鎧甲。咋看之下,海螺殼、魚鱗和蜘蛛絲與防彈背心、運動頭盔和防護手套無關。但根據麥吉爾工程師Francois Barthelat的說法,在這些天然結構中,其與3D列印保護設備的發展有著千絲萬縷的關係。

「自然一直在玩數百萬年的遊戲,」Barthelat說道。無論是貝殼、鱗片還是蠶絲,動物的天然「盾牌」對於抵抗洶湧的風浪和掠食者鋒利的牙齒和爪子至關重要。「這真的是一個非常大的靈感庫,」他指出。現在,Barthelat正在利用這些靈感探索製造人類盔甲的新框架。機械工程師注意到,可能性很大。

以鱷魚為例。位於路易斯安那州和德克薩斯州水域的光線魚類運動幾乎不可逾越。作為一種天然護甲的形式,比大多數魚鱗更加堅固,加冕鱗片非常堅硬,甚至不能刀切割。 「這感覺幾乎像牙齒,」Barthelat說。

該團隊的測試開始於市場上的死魚和一根簡單的針。McGill工程師最初開始嘗試使用條紋鱸魚,這是一種鱗片相對堅固的普通魚類,然而立即被針刺破。「當我們對gar魚做同樣的測試時,」Barthelat指出,「我們不能穿過皮膚。小針基本上會彎曲。即使是較大的鋼針也無法破壞gar魚的鱗片。」

令人印象深刻的是,Barthelat和他的同事們開始模仿gar魚的皮膚。迄今為止,該團隊一直致力於完善尺度複雜的布局:它們將塑料3D列印到橡膠墊上,然後調整尺寸、間距、形狀和厚度,以查看哪些版本最佳。

經過幾次不同的嘗試,工程小組發現,最強大的鎧甲是最接近真正gar魚鱗的鎧甲。事實證明,規模越小,打破越難。重疊的鱗片與真實的魚鱗類似,通過更好的分布也顯示出相當的防禦實力。

Barthelat和他的同事現在已經開始生產陶瓷鱗片,然後將其粘貼到凱夫拉手套上,用於處理鋒利的物體。然而,凱夫拉爾手套不會使佩戴者無敵:即使手套幾乎不可能用刀切割,針頭可以很容易地滑過凱夫拉手套的縫合線。這意味著從事清理公園或分類回收工作的工人的危險,即使被忽視的針頭仍然可能造成工人相當大的損傷。正如Barthelat解釋的那樣,「技術現在所能提供的最好的東西還不能夠充分保護他們正在做的工作。」

接下來,Barthelat將會處理材料本身。他的目標是最終製造可以保護佩戴者免受針刺破的手套,同時保持足夠的柔韌度以使其能夠充分運動。工程中的當前原型鑲嵌有尺寸為2毫米的激光切割氧化鋁標尺,儘管Barthelat認為更小的刻度對於手指關節周圍的區域是有用的。安大略省的Superior Glove公司已經進行了廣泛的測試,取得了積極的成果。但Barthelat表示手套不符合標準測試。

雖然採用鱗片風格的防護手套在工作中表現良好,但Barthelat認為防彈背心的裝甲是一個不同的故事。即使如此,工程師設計的襯可以幫助防止刺傷,或者可以用來補充更加標準裝甲的脆弱地區。他說:「如果我們能夠使用生物靈感來設計解決手套和手指的問題,那麼我們幾乎可以處理身體上的任何東西。」

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