Матеріалознавці з Сінгапуру і США розробили кольчужну тканину, що складається з шарів скріплених октаедричних частинок, яка здатна збільшувати свою жорсткість в 25 разів при стисненні. Моделювання показало, що кольчуги з частинок у формі різних геометричних фігур при стисненні відчувають фазовий перехід із заклинюванням, який описується ступеневою залежністю модуля упругості від числа контактів між частинками, пишуть вчені в
Сьогодні розумні тканини вже вміють генерувати і накопичувати енергію, зчитувати і регулювати температуру, а також виконувати деякі функції смартфонів. У більшості випадків розумні тканини або набувають своїх корисних властивостей при впровадженні в звичайну тканину гнучкої електроніки (наприклад нитевидних провідників і гнучких електросхем), або володіють ними з моменту виробництва залежно від складу і геометрії вихідного матеріалу без можливості зміни. Тканини з регульованими механічними властивостями могли б виконувати роль фіксаторів частин тіла в медичних цілях, проте більшість з нині відомих концептів або небезпечні, або незручні на практиці.
Вчені під керівництвом Іфана Вана (Yifan Wang) з Каліфорнійського технологічного Інституту зробили тканину, здатну плавно змінювати свою жорсткість і зберігати різні форми при накладенні надлишкового тиску. Для виготовлення розумної тканини фізики друкували за допомогою селективного лазерного спікання листи кольчуги у вигляді скріплених між собою з чотирьох сторін порожніх октаедрів, потім поміщали два аркуші стопкою в герметичну гнучку оболонку і відкачували повітря. При цьому тиск оболонки на аркуші викликало ущільнення і заклинювання октаедрів всередині кольчуг і між шарами.
Під час випробувань на вигин при підвищенні тиску оболонки з 0 до 93 кілопаскалів модуль пружності зразка монотонно збільшувався, поки не досягав значення, що в 25 разів перевищує вихідне. Примітно, що обсяг при стисненні зменшувався не більше ніж на 5 відсотків, оскільки заклинювання являє собою різкий фазовий перехід з невеликою зміною щільності укладання частинок.
Для порівняння вчені провели моделювання експерименту для тканин зі зчеплених і нечеплених октаедрів. З'ясувалося, що зчеплена тканина перевершує нечеплений аналог, демонструючи більш високий модуль пружності при тому ж тиску оболонки. Така поведінка пояснюється великою кількістю контактів між ребрами октаедрів у пов'язаному стані, не тільки через зчеплення при розтягуванні пари частинок, але і за рахунок внутрішніх контактів при втисканні однієї частинки в іншу.
Моделювання також допомогло вченим дослідити властивості кольчуг з частинок у формі інших невипуклих тривимірних фігур, а також звичайних кольчуг з кілець і квадратів. Для всіх типів тканин залежність модуля упругості від числа контактів між частинками підпорядковувалася степеному закону, як пророкує теорія фазового переходу заклинювання. Особливо жорсткими виявилися кольчуги з почесних частинок, що пов'язано з більш щільним розташуванням частинок при стисненні, і що, однак, позначається на вазі виробу. Отримана ступенева залежність, за словами авторів, може допомогти технологам оптимально збалансувати вагу і жорсткість виробу, вибираючи відповідну форму частинок і тиск оболонки.
Повертаючись до октаедричної кольчузі, автори згорнули розумну тканину у вигляді столу і арки і зафіксували форму збільшенням тиску оболонки, щоб потім дослідити отримані фігури на міцність. В результаті конструкції витримали вантажі, що в 30 разів перевищують їх власну вагу, що особливо важливо для практичного застосування, де тканини, можливо, повинні будуть повторювати форми людського тіла або формувати складну архітектуру. Також вчені провели випробування на ударопрочність, скидаючи на встановлений на двох опорах зразок тканини кульку з нержавіючої сталі. Як виявилося, оболонка, що обмежує тиск в 67 кілопаскалів, здатна шестиразово знизити деформацію від удару кульки.
Автори відзначають, що оскільки фазовий перехід заклинювання інваріантний щодо масштабування, подібні структури можуть бути відтворені в різних масштабах - від мікрометра до декількох метрів, а використання різних вихідних матеріалів дозволить застосовувати розумну тканину в самих різних областях. Більш того, додаткові альтернативні методи стиснення кольчуги (наприклад, за допомогою електричного або магнітного поля) могли б локально регулювати жорсткість тканини для більш тонких завдань, наприклад в тактильних інтерфейсах і для медичної стимуляції.
Раніше вчені навчилися вирощувати бавовну з магнітними і флюоресціюючими властивостями за допомогою модифікованої глюкози. Примітно, що дана технологія, за словами розробників, застосовна і до інших натуральних тканин.