Земля

Dec 26, 2023

Кентский университет, 16 декабря 2022 г.

Исследователи создали новый синтетический биологический материал, который может остановить сверхзвуковые удары. Он может иметь множество практических применений, например, противопульную броню следующего поколения.

Ученые создали и запатентовали новый революционный амортизирующий материал, который может произвести революцию как в оборонном секторе, так и в планетарной науке. Прорыв совершила команда из Кентского университета под руководством профессоров Бена Гулта и Джен Хискок.

Это новое семейство материалов на основе белков, получившее название TSAM (Talin Shock Absorbing Materials), представляет собой первый известный пример материала SynBio (или синтетического биологического материала), способного поглощать удары сверхзвуковых снарядов. Это открывает двери для разработки пуленепробиваемой брони и материалов для захвата снарядов нового поколения, что позволит изучать сверхскоростные воздействия в космосе и верхних слоях атмосферы (астрофизика).

Профессор Бен Гулт объяснил: «Наша работа над белком талин, который является естественным амортизатором ударов клеток, показала, что эта молекула содержит ряд бинарных переключающих доменов, которые открываются при напряжении и снова сворачиваются, как только напряжение падает. Эта реакция на силу дает талин его молекулярные амортизирующие свойства, защищающие наши клетки от воздействия больших изменений силы. Когда мы полимеризовали талин в TSAM, мы обнаружили, что амортизирующие свойства мономеров талина придали материалу невероятные свойства».

Далее команда продемонстрировала реальное применение TSAM, подвергнув этот гидрогелевый материал сверхзвуковым ударам со скоростью 1,5 км/с (3400 миль в час) – более высокой скорости, чем частицы в космосе, воздействующие как на естественные, так и на искусственные объекты (обычно > 1 км). /с) и начальной скорости огнестрельного оружия, которая обычно составляет 0,4–1,0 км/с (900–2200 миль в час). Кроме того, команда обнаружила, что TSAM могут не только поглощать удары базальтовых частиц (диаметром около 60 мкм) и более крупных кусков алюминиевой шрапнели, но и сохранять эти снаряды после удара.

Современные бронежилеты, как правило, состоят из керамической поверхности, подкрепленной армированным волокном композитом, который тяжелый и громоздкий. Кроме того, хотя эта броня эффективна в блокировании пуль и шрапнели, она не блокирует кинетическую энергию, которая может привести к тупой травме за броней. Кроме того, эта форма брони часто необратимо повреждается после удара из-за нарушения структурной целостности, что препятствует дальнейшему использованию. Это делает включение TSAM в новые конструкции брони потенциальной альтернативой этим традиционным технологиям, обеспечивая более легкую и долговечную броню, которая также защищает владельца от более широкого спектра травм, в том числе вызванных ударом.

Кроме того, способность TSAM как захватывать, так и сохранять снаряды после удара делает его применимым в аэрокосмическом секторе, где существует потребность в рассеивающих энергию материалах, позволяющих эффективно собирать космический мусор, космическую пыль и микрометеороиды для дальнейшего использования. научные исследования. Кроме того, эти захваченные снаряды облегчают проектирование аэрокосмического оборудования, повышая безопасность космонавтов и продлевая срок службы дорогостоящего аэрокосмического оборудования. Здесь TSAM могут стать альтернативой стандартным аэрогелям, которые могут плавиться из-за повышения температуры в результате удара снаряда.

Профессор Джен Хискок сказала: «Этот проект возник в результате междисциплинарного сотрудничества фундаментальной биологии, химии и материаловедения, которое привело к созданию этого удивительного нового класса материалов. Мы очень воодушевлены потенциальными возможностями TSAM для решения реальных задач. "Мировые проблемы. Это то, чем мы активно занимаемся исследованиями при поддержке новых сотрудников в оборонном и аэрокосмическом секторах".

Ссылка: «Материалы на основе белка нового поколения улавливают и предохраняют снаряды от сверхзвуковых ударов» Джек А. Дулан, Люк С. Алесбрук, Карен Б. Бейкер, Ян Р. Браун, Джордж Т. Уильямс, Дженнифер Р. Хискок и Бенджамин Т. Гульт, 29 ноября 2022 г., bioRxiv.DOI: 10.1101/2022.11.29.518433