Loại siêu vật liệu làm áo giáp chống chịu được tác động của vật thể di chuyển ở tốc độ 5.400 km/h

Một loại siêu vật liệu có khả năng hấp thụ sốc tốt đến mức có thể ngăn chặn các tác động ở tốc độ siêu thanh vừa được phát triển bởi một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Kent (Anh). Loại vật liệu này dự kiến sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc ứng dụng ở lĩnh vực quốc phòng và du hành không gian. 

Theo đó, nhóm nghiên cứu do Giáo sư Ben Goult và Jen Hiscock dẫn đầu đã phát triển một loại vật liệu mới dựa trên protein, được đặt tên là TSAM (Talin Shock Absorbing Materials – Tạm dịch: Vật liệu hấp thụ sốc Talin). Đây được coi là "ví dụ đầu tiên được biết đến về vật liệu SynBio (hoặc sinh học tổng hợp) có khả năng hấp thụ các tác động ở tốc độ siêu âm", nghiên cứu cho biết.

Được biết, nghiên cứu mới xuất bản trên cơ sở dữ liệu bioRxiv.

Vật liệu này có khả năng được sử dụng trong các hệ thống bắt giữ vật tác động và áo giáp chống đạn tiên tiến đang phát triển, từ đó giúp nghiên cứu những vụ va chạm ở vận tốc cực cao trong không gian và tầng trên của khí quyển.

Nhóm nghiên cứu tập trung vào protein Talin, vốn chịu trách nhiệm cho khả năng hấp thụ sốc một cách tự nhiên của tế bào. Nghiên cứu cho thấy phân tử này có khả năng mở ra khi chịu sức ép căng hay đóng vào khi sức ép giảm xuống.

"Khả năng phản ứng với lực này mang lại cho Talin các đặc tính hấp thụ sốc phân tử, bảo vệ các tế bào của con người khỏi tác động của những thay đổi lực lớn. Khi chúng tôi polyme hóa Talin thành TSAM, chúng tôi nhận thấy các đặc tính hấp thụ sốc của các monome Talin đã truyền cho vật liệu mới những đặc tính đáng kinh ngạc, " Goult nói.

Để thử nghiệm độ bền bỉ của vật liệu, nhóm nghiên cứu đã thử bắn ra một vật thể với tốc độ siêu thanh lên tới 1,5km/s, tức khoảng 5.400 km/h. Kết quả, nhóm nhận thấy chất hydrogel hoàn toàn có thể chịu được tác động với tốc độ lớn như trên. Để so sánh, tốc độ này còn nhanh hơn cả vận tốc của "các hạt trong không gian tác động đến cả vật thể tự nhiên và nhân tạo (thường > 1 km/s, hay  3.600 km/h) và vận tốc đầu nòng từ súng – thường rơi vào khoảng 0,4-1,0 km/s – tức 1.440 - 3.600 km/h.

Các đặc tính của vật liệu hydrogel có thể giúp cải tiến các thế hệ áo khoác chống đạn hiện tại, vốn không thể chặn được động năng của một vật khi bắn vào, dẫn tới chấn thương cho người mặc.

Ngoài ra, TSAM có thể giúp giảm trọng lượng và làm cho những chiếc áo chống đạn như vậy có thể tái sử dụng, vì tính toàn vẹn về cấu trúc của chúng gần như không bị ảnh hưởng sau tác động. 

Vật liệu này cũng có các đặc tính để thu 'bắt giữ' các vật thể sau tác động. Đây là điều đặc biệt hữu ích trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, nơi "có nhu cầu về vật liệu có khả năng tiêu tán năng lượng để thu gom hiệu quả các mảnh vụn không gian, bụi không gian và vi thiên thạch cho nghiên cứu khoa học tiếp theo ."

Ngoài ra, TSAM cũng có thể được sử dụng trong việc thúc đẩy thiết kế thiết bị hàng không vũ trụ bằng cách cung cấp một giải pháp thay thế cho aerogel tiêu chuẩn công nghiệp. Hiện tại, aerogel "có thể bị tan chảy do nhiệt độ tăng cao do tác động của vật thể bắn vào." Điều này sẽ đảm bảo an toàn cho các phi hành gia và tăng tuổi thọ của các thiết bị hàng không vũ trụ. 

Tham khảo Interesting Engineering