Nghiên cứu thành công loại vải thông minh có thể tăng độ cứng 25 lần

Các nhà khoa học từ Đại học Công nghệ Nanyang, Singapore (NTU Singapore) và Viện Công nghệ California (Caltech), Hoa Kỳ, đã phát triển một loại vải mới vưa mềm dẻo nhưng vẫn có thể điều chỉnh độ cứng theo yêu cầu. 
Loại vải nhẹ này được in 3D từ polyme nhựa nylon và bao gồm các hình bát diện rỗng lồng vào nhau. 
Khi vải được bọc trong một phong bì nhựa dẻo và được đóng gói hút chân không, nó sẽ cứng hơn hoặc khó uốn hơn 25 lần so với khi ở trạng thái thông thường.

Nguyên tắc vật lý đằng sau nó được gọi là "quá trình chuyển đổi gây nhiễu", tương tự như sự cứng lại trong các túi gạo hoặc đậu được đóng gói chân không. 
Sự phát triển này có thể mở đường cho các loại vải thông minh thế hệ tiếp theo, có thể cứng lại để bảo vệ người dùng trước tác động hoặc khi cần thêm khả năng chịu tải. 
Các ứng dụng tiềm năng có thể bao gồm áo khoác chống đạn hoặc chống đâm, hỗ trợ y tế có thể định cấu hình cho người cao tuổi và bộ xương ngoài bảo vệ cho các môn thể thao có tác động mạnh hoặc nơi làm việc như công trường xây dựng. 
Được công bố hôm nay (12/8/2021) trên tạp chí Nature, nghiên cứu liên ngành này là kết quả của sự hợp tác giữa các chuyên gia trong lĩnh vực cơ khí và chế tạo tiên tiến.

Tác giả chính của bài báo, trợ lý giáo sư Wang Yifan của Nanyang, nói rằng nghiên cứu của họ có ý nghĩa cơ bản cũng như mức độ liên quan trong công nghiệp và nó có thể dẫn đến một công nghệ nền tảng mới với các ứng dụng trong y tế và hệ thống robot. 
“Với một loại vải được thiết kế có trọng lượng nhẹ và có thể điều chỉnh - có thể dễ dàng thay đổi từ mềm sang cứng - chúng tôi có thể sử dụng nó để giải quyết nhu cầu của bệnh nhân lớn tuổi để tạo ra bộ xương ngoài có thể giúp họ đứng, mang vác và hỗ trợ.

“Lấy cảm hứng từ áo giáp dây chuyền cổ xưa, chúng tôi đã sử dụng các hạt rỗng bằng nhựa được lồng vào nhau để tăng cường độ cứng của các loại vải và có thể điều chỉnh. Để tăng thêm độ cứng và độ bền của vật liệu, chúng tôi hiện đang nghiên cứu các loại vải được làm từ các kim loại khác nhau bao gồm nhôm, có thể được sử dụng cho các ứng dụng công nghiệp quy mô lớn hơn đòi hỏi khả năng chịu tải cao hơn, chẳng hạn như xây cầu hoặc tòa nhà. " 
Tác giả tương ứng của bài báo, Giáo sư Chiara Daraio, Giáo sư Kỹ thuật Cơ khí và Vật lý Ứng dụng của Caltech G. Bradford Jones, cho biết “Chúng tôi muốn tạo ra vật liệu có thể thay đổi độ cứng tùy theo ý muốn. Chúng tôi muốn tạo ra một loại vải vừa có độ mềm và vừa có thể cứng và chịu tải được ”. 
Để kiểm soát độ cứng của vải, nhóm nghiên cứu đã gói vải trong một phong bì nhựa dẻo và nén chặt các loại vải bằng cách sử dụng chân không. Áp suất chân không làm tăng mật độ đóng gói của vải, khiến mỗi hạt tiếp xúc nhiều hơn với các hạt bên cạnh, kết quả là, chất lượng vải dựa trên hình bát diện, có cấu trúc cứng hơn 25 lần. 
Khi được tạo thành một cấu trúc phẳng và được khóa chân không tại chỗ, vải có thể chịu tải 1,5kg, gấp hơn 50 lần trọng lượng gốc của vải.

Những dây xích kim loại này có thể được sử dụng trong các ứng dụng như áo giáp, nơi chúng phải bảo vệ khỏi các tác động cứng và tốc độ cao từ các vật sắc nhọn. Trong trường hợp như vậy, vật liệu bao bọc hoặc vỏ bọc có thể được làm từ sợi aramid, thường được gọi là Kevlar, được sử dụng làm vải trong áo khoác chống đạn. 
Trong tương lai, nhóm đang tìm cách cải thiện chất liệu và hiệu suất sản xuất vải của dây chuyền và khám phá thêm các phương pháp làm cứng nó, chẳng hạn như thông qua từ tính, điện hoặc nhiệt độ.