Nuovi materiali innovativi che assorbono gli urti possono fermare gli impatti supersonici

I ricercatori hanno creato un nuovo materiale biologico sintetico in grado di fermare gli impatti supersonici. Potrebbe avere molte applicazioni pratiche, come i giubbotti antiproiettile di nuova generazione.

Gli scienziati hanno creato e brevettato un nuovo materiale ammortizzante che potrebbe rivoluzionare i settori della difesa e delle scienze planetarie. Questa svolta è stata fatta da un team dell’Università del Kent guidato dai professori Ben Goulet e Jane Hiscock.

Denominata TSAM (Talin Shock Absorbing Materials), questa nuova famiglia a base di proteine ​​rappresenta il primo esempio conosciuto di un materiale SynBio (o di biologia sintetica) in grado di assorbire gli impatti di proiettili supersonici. Apre la porta allo sviluppo della prossima generazione di giubbotti antiproiettile e materiali di cattura dei proiettili per consentire lo studio degli effetti dell’ipervelocità nello spazio e nell’alta atmosfera (astrofisica).

Il professor Ben Gault ha spiegato: “Il nostro lavoro sulla proteina talina, che è un ammortizzatore naturale per le cellule, ha dimostrato che questa molecola contiene una serie di domini di commutazione binaria che si aprono sotto tensione e si ripiegano nuovamente quando la tensione si riduce. Questa risposta a la forza conferisce al talin le sue proprietà molecolari di assorbimento degli urti. Quando abbiamo polimerizzato il talin in TSAM, abbiamo scoperto che le proprietà di assorbimento degli urti dei monomeri del talin conferiscono al materiale incredibili proprietà.”

Il team ha continuato a dimostrare l’applicazione nel mondo reale dei TSAM, sottoponendo questo materiale idrogel a impatti ipersonici di 1,5 km/s (3.400 mph), una velocità superiore a quella delle particelle nell’impatto spaziale con oggetti sia naturali che artificiali (in genere > 1 km)./s) e le velocità alla volata delle armi da fuoco, che sono tipicamente nell’intervallo di 0,4–1,0 km/s (900–2.200 mph). Inoltre, il team ha scoperto che TSAM non solo può assorbire l’impatto di particelle di basalto (circa 60 micrometri di diametro) e pezzi più grandi di frammenti di alluminio, ma anche sostenere questi proiettili dopo l’impatto.

L’attuale giubbotto antiproiettile tende a consistere in una faccia in ceramica rinforzata con un composito rinforzato con fibre, che è pesante e ingombrante. Inoltre, sebbene questa armatura sia efficace nel deviare proiettili e schegge, non blocca l’energia cinetica che potrebbe portare a un trauma da corpo contundente dietro l’armatura. Inoltre, questo tipo di armatura viene spesso danneggiata in modo irreversibile dopo l’impatto, a causa della compromessa integrità strutturale, impedendone l’ulteriore utilizzo. Ciò rende l’incorporazione di TSAM nei nuovi modelli di armature una potenziale alternativa a queste tecnologie tradizionali, fornendo un’armatura più leggera e più duratura che protegge anche chi la indossa da una vasta gamma di lesioni, comprese quelle causate da traumi.

Inoltre, la capacità dei TSAM di catturare e immagazzinare proiettili dopo l’impatto li rende applicabili nel settore aerospaziale, dove sono necessari materiali per la dissipazione dell’energia per consentire una raccolta efficiente di detriti spaziali, polvere spaziale e micrometeoriti per ulteriori studi scientifici. Inoltre, questi proiettili catturati facilitano la progettazione di apparecchiature spaziali, migliorando la sicurezza degli astronauti e la longevità di costose apparecchiature spaziali. Qui i TSAM potrebbero fornire un’alternativa agli aerogel standard del settore, che possono sciogliersi a causa dell’elevata temperatura causata dall’impatto dei proiettili.

Il professor Gene Hiscock ha dichiarato: “Questo progetto è nato da una collaborazione interdisciplinare tra biologia di base, chimica e scienza dei materiali, che ha portato alla produzione di questa straordinaria nuova classe di materiali. Siamo molto entusiasti del potenziale potenziale di traduzione dei TSAM per risolvere problemi del mondo reale Questo è qualcosa che stiamo attivamente ricercando In esso, è supportato da nuovi collaboratori nei settori della difesa e dello spazio.

Riferimento: “I materiali proteici di nuova generazione catturano e preservano i proiettili dagli impatti supersonici” di Jack A. Dolan, Luke S. Ellisbrook, Karen Baker e Ian R. Jolt, 29 novembre 2022, disponibile qui. bioRxiv.
doi: 10.1101/2022.11.29.518433

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