Η εικόνα πάνω από ένα μεταλλικό πλέγμα που κάθεται πάνω στο κεφάλι μιας πικραλίδα χωρίς να ενοχλείται ένα μόνο φτερωτό τούφες μπορεί να φαίνεται Photoshopped. Αλλά δεν είναι. Είναι μια πραγματική φωτογραφία μιας από τις πιο ενδιαφέρουσες εξελίξεις στην πρόσφατη επιστήμη των υλικών - ένα μεταλλικό "microlattice" που είναι 100 φορές ελαφρύτερο από το Styrofoam.
"Είναι βασικά 99, 9% αέρα", λέει η Sophia Yang, ερευνητής στα Εργαστήρια HRL, όπου εφηύρε το microlattice.
Για να κάνουν το μεταλλικό μικρογράφημα, οι επιστήμονες αρχίζουν με μια δομή πολυμερούς. Αυτή η δομή δημιουργείται με λάμψη υπεριώδους (UV) φωτός μέσω φίλτρου πάνω σε υγρό πολυμερές. Η διαδικασία σχηματίζει μια σχεδόν σκληρή 3D δομή σχεδόν αμέσως. Ανάλογα με τη χημική σύνθεση του πολυμερούς, η προκύπτουσα δομή μπορεί να είναι μαλακή ή άκαμπτη, ελαφριά ή βαριά. Αυτές οι δομές μικρολιθικού έχουν μια ποικιλία από πιθανές χρήσεις οι ίδιοι-ένα μαλακό πολυμερές microlattice μπορεί να είναι χρήσιμο για τη δημιουργία άνετα, αλλά εξαιρετικά προστατευτικά κράνη ποδηλάτων, για παράδειγμα.
«Αισθάνεται σχεδόν σαν αφρός μνήμης», λέει ο Yang.
Για να δημιουργηθεί η μεταλλική δομή στην εικόνα της πικραλίδας, μια δομή πολυμερούς επικαλύπτεται με ένα εξαιρετικά λεπτό στρώμα νικελίου πάχους περίπου 100 νανόμετρα ή 1, 000 φορές λεπτότερο από μια ανθρώπινη τρίχα. Στη συνέχεια, μια χημική ένωση χρησιμοποιείται για να διαλύσει το πολυμερές μέσα στο νικέλιο. Το αποτέλεσμα είναι μια σειρά κοίλων σωλήνων.
Η δομή μιμείται τη σύνθεση των οστών, τα οποία είναι άκαμπτα στο εξωτερικό αλλά κυρίως κούφια στο εσωτερικό.
Οι ερευνητές του HRL εργάζονται για την μικροκλίμακα από το 2007, όταν δημιουργήθηκε για πρώτη φορά η διαδικασία για τη δημιουργία της μικρολυτικής του πολυμερούς. Ο Yang και άλλοι εργάστηκαν από τότε για να αυξήσουν το μέγεθος του προϊόντος - το πρώτο κομμάτι πολυμερούς μικρολίπαξης ήταν περίπου 1 ίντσα έως 1 ίντσα, ενώ οι πιο πρόσφατες κατασκευές ήταν τόσο μεγάλες όσο τα 5 πόδια - και αναπτύσσουν πρόσθετες διεργασίες, όπως η επιμετάλλωση .
Δεδομένου ότι η HRL ανήκει από κοινού στην Boeing και τη General Motors, οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στις εφαρμογές της αεροδιαστημικής και της αυτοκινητοβιομηχανίας για την μικροκλίμακα. Μια από τις πιο ελπιδοφόρες πιθανές χρήσεις θα μπορούσε να είναι στην αεροπορία, λέει ο Yang, όπου διάφορα τμήματα της δομής του αεροπλάνου θα μπορούσαν να κατασκευαστούν από το εξαιρετικά ελαφρύ μέταλλο μικρολίβανο. Αυτό θα μπορούσε να είναι οποιοδήποτε μέρος του αεροπλάνου που "πρέπει να είναι ελαφρύ και αντέχει διαρθρωτικά σε φορτίο", λέει ο Yang.
Αυτό περιλαμβάνει το πάτωμα του αεροπλάνου, την οροφή, τους τοίχους της κουζίνας, τους τοίχους τουαλέτας και άλλα. Αυτές οι δομές τυπικά κατασκευάζονται από πάνελ σάντουιτς με κυψελωτά φύλλα, συμπαγή φύλλα από υλικά κοίλες εξαγωνικές στήλες τύπου "σάντουιτς" που μοιάζουν με κηρήθρα. Οι κυψελωτές πλάκες σάντουιτς χρησιμοποιούνται ευρέως για τη δύναμή τους και την ελαφριά φύση τους. Αλλά η μικροαλλασία μετάλλων είναι πολύ ελαφρύτερη. Η αντικατάσταση των πάνελ σάντουιτς με κυψελοειδή πλάκα με μικρολίβανο θα μπορούσε να κάνει τα αεροπλάνα σημαντικά ελαφρύτερα, πράγμα που σημαίνει ότι χρειάζονται λιγότερα καύσιμα. Αυτό έχει σημαντικά περιβαλλοντικά και οικολογικά πλεονεκτήματα. Η ίδια αρχή θα μπορούσε να ισχύει και για τα αυτοκίνητα και ακόμη και για τα διαστημόπλοια - η HRL χρησιμοποιήθηκε πρόσφατα για να συνεργαστεί με την NASA στην επόμενη γενιά του οχήματος εκτόξευσης διαστήματος, κατασκευάζοντας εξαιρετικά ελαφρά πάνελ για την άτρακτο του οχήματος. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι τα υλικά τους θα μπορούσαν να μειώσουν το βάρος του οχήματος κατά 40%.
"Τα ελαφριά και πολυλειτουργικά υλικά και δομές αποτελούν μία από τις κορυφαίες περιοχές της NASA ικανές να έχουν το μεγαλύτερο αντίκτυπο στις μελλοντικές αποστολές της NASA στην ανθρώπινη και τη ρομποτική εξερεύνηση", δήλωσε ο Steve Jurczyk, διαχειριστής της Διεύθυνσης Αποστολής Διαστημικής Τεχνολογίας της NASA, σε δελτίο τύπου της NASA. "Αυτές οι προηγμένες τεχνολογίες είναι απαραίτητες για να μπορέσουμε να ξεκινήσουμε ισχυρότερα, αλλά ελαφρύτερα, διαστημικά οχήματα και εξαρτήματα καθώς αναζητούμε να εξερευνήσουμε έναν αστεροειδή και τελικά τον Άρη".
Πολύ πιο κάτω από το δρόμο, το μεταλλικό μικρογράφημα μπορεί να έχει ιατρικές χρήσεις. Οι μικροσκοπικοί σωλήνες έχουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν ως τεχνητό πνεύμονα, λέει ο Γιανγκ.
Αναπνοή μέσω του ίδιου υλικού που χρησιμοποιείται για την κατασκευή πυραυλικών πλοίων: τώρα που ζουν στο μέλλον.
