Jurutera Universiti RMIT memperkenalkan bahan yang sangat kuat yang diilhamkan oleh span bakul bunga Venus. Menggabungkan kekakuan yang luar biasa dan keupayaan menyerap tenaga, inovasi ini menjanjikan kemajuan yang ketara dalam pembinaan dan pelbagai bidang lain.
Diinspirasikan oleh rangka rumit span laut dalam yang dikenali sebagai bakul bunga Venus, jurutera di Universiti RMIT telah membangunkan bahan revolusioner yang mempunyai kekuatan mampatan dan kekakuan yang tiada tandingannya. Reka bentuk baharu ini, struktur kekisi berkembar, mempunyai potensi untuk mentakrifkan semula reka bentuk seni bina dan produk secara global.
Diketuai oleh Jiaming Ma, penyelidik pasca kedoktoran di Pusat Struktur dan Bahan Inovatif (CISM) di RMIT, pasukan itu meneroka sifat unik span bakul bunga Venus, yang tumbuh subur di kedalaman Lautan Pasifik.
Kajian mereka menemui gabungan luar biasa kekakuan dan kekuatan rangka span, berpasangan dengan keupayaan untuk mengecut di bawah mampatan — sifat yang dikenali sebagai tingkah laku auxetik. Tidak seperti bahan tradisional yang menjadi lebih nipis apabila diregangkan atau lebih gemuk apabila dimampatkan, auxetics melakukan sebaliknya.
"Walaupun kebanyakan bahan menjadi lebih nipis apabila diregangkan atau lebih gemuk apabila dihimpit, seperti getah, auxetics melakukan sebaliknya," kata Ma dalam Siaran akhbar. "Auxetics boleh menyerap dan mengagihkan tenaga impak dengan berkesan, menjadikannya sangat berguna."
Auxetics bukanlah baharu sepenuhnya; contoh semula jadi termasuk tendon dan kulit kucing, manakala auxetik sintetik telah digunakan dalam mengembangkan stent perubatan. Walau bagaimanapun, penggunaannya telah dihadkan kerana kekakuan yang rendah dan kapasiti penyerapan tenaga — batasan yang diatasi dengan berkesan oleh reka bentuk kekisi berkembar baharu ini.
"Setiap kekisi sendiri mempunyai tingkah laku ubah bentuk tradisional, tetapi jika anda menggabungkannya seperti alam semula jadi dalam span laut dalam, maka ia mengawal dirinya dan mengekalkan bentuknya dan mengatasi bahan yang serupa dengan margin yang agak ketara," tambah Ma.
Penemuan pasukan, diterbitkan dalam Struktur Komposit, mendedahkan bahawa reka bentuk kekisi mereka adalah 13 kali lebih keras daripada bahan auxetik sedia ada, yang selalunya berdasarkan struktur sarang lebah yang masuk semula. Hebatnya, ia juga mempunyai julat terikan 60% lebih besar dan boleh menyerap 10% lebih tenaga.
Keterangan: Struktur kekisi berganda pasukan (kiri) mengatasi reka bentuk sarang lebah kemasukan semula standard (kanan).
Kredit: Universiti RMIT
Ngoc San Ha, pensyarah dalam kejuruteraan awam dan infrastruktur di RMIT, menekankan potensi transformatif bahan bioinspirasi ini.
"Kekisi auxetik bioinspirasi ini menyediakan asas yang paling kukuh untuk kami membangunkan bangunan mampan generasi akan datang," katanya dalam kenyataan berita. "Metamaterial auxetik kami dengan kekakuan yang tinggi dan penyerapan tenaga boleh menawarkan faedah yang ketara merentasi pelbagai sektor, daripada bahan binaan kepada peralatan perlindungan dan peralatan sukan atau aplikasi perubatan."
Salah satu aplikasi yang paling segera adalah dalam industri pembinaan. Struktur kekisi auxetik mempunyai potensi untuk berfungsi sebagai rangka bangunan keluli, mengurangkan keperluan untuk keluli dan konkrit yang berlebihan tanpa menjejaskan integriti struktur. Ia juga boleh membuka jalan kepada inovasi dalam peralatan sukan ringan, jaket kalis peluru dan implan perubatan.
Mike Xie, profesor kehormat RMIT, memuji inspirasi projek itu dari alam semula jadi, sambil menambah, "Bukan sahaja biomimikri mencipta reka bentuk yang cantik dan elegan seperti ini, tetapi ia juga mencipta reka bentuk pintar yang telah dioptimumkan melalui berjuta-juta tahun evolusi yang boleh kita pelajari."
Pada masa ini, pasukan RMIT telah menguji reka bentuk menggunakan simulasi komputer dan sampel cetakan 3D yang diperbuat daripada poliuretana termoplastik.
Fasa seterusnya melibatkan pengeluaran versi keluli untuk disepadukan dengan konkrit dan tanah rempuh dalam projek pembinaan. Ma membayangkan implikasi yang lebih luas daripada kerja mereka.
"Walaupun reka bentuk ini boleh mempunyai aplikasi yang menjanjikan dalam peralatan sukan, PPE dan aplikasi perubatan, tumpuan utama kami adalah pada aspek bangunan dan pembinaan," tambah Ma.
“Kami sedang membangunkan bahan binaan yang lebih mampan dengan menggunakan gabungan unik reka bentuk kami bagi kebolehgunaan, kekakuan dan penyerapan tenaga yang luar biasa untuk mengurangkan penggunaan keluli dan simen dalam pembinaan,” sambungnya. "Ciri auxetik dan penyerapan tenaganya juga boleh membantu meredakan getaran semasa gempa bumi."
Selain itu, pasukan itu merancang untuk menggabungkan reka bentuk inovatif ini dengan algoritma pembelajaran mesin untuk mencipta bahan boleh atur cara, yang berpotensi membawa kepada era baharu bahan pintar yang sangat dioptimumkan.