ساخت پلیمر ضدگلوله با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی و توپولوژی هوشمند

اگر شما هم پیگیر اخبار فناوری هستید، شاید خبر ساخت اسلحه با استفاده از چاپگر سه‌بعدی را شنیده باشید. بااین‌حال، خبر تولید ماده‌ای با کمک فناوری چاپ سه‌بعدی که بتواند از نفوذ گلوله جلوگیری کند، قطعا خبری دست‌اول است. محققان دانشکده‌ی مهندسی جرج آر. براون در دانشگاه رایس، به دانش تولید نوعی پلیمر دست یافته‌اند که با وجود ظاهر متخلخل و وزن سبکش، به سختی الماس است. این پلیمر متشکل از ماده‌ای با نام توبولین است که ساختاری پیچیده از نانولوله‎‌های سراسر پیوسته‌ی کربن دارد.

در نمونه‌ی آزمایشگاهی که محققان دانشگاه رایس موفق شده‌اند آن را از ماده توبولین تولید کنند، با بهره‌گرفتن از توپولوژی غیرعادی سطح این ماده و روش چاپ سه‌بعدی، پلیمری تولید کرده‌اند که توانایی توقف گلوله‌ی آن ۱۰ برابر بیشتر از خود توبولین است.  

آزمایش‌های انجام شده نشان داد شلیک گلوله به بلوک‌های ساخته‌شده از توبولین باعث ایجاد حفره و گسترش شکاف در سراسر ساختار آن می‌شود. این در حالی است که پلیمر تولید‌شده‌ی محققان دانشگاه رایس، مقاومت بسیار زیادی از خود نشان داد و گلوله فقط از لایه‌ی ابتدایی پلیمر عبور کرد و در لایه‌ی دوم ساختار آن گیر افتاد.

چاندرا سکهار تیواری، یکی از محققان این پروژه می‌گوید:

طبیعت از توپولوژی [یک ماده] برای بهبود آستانه‌ی تحمل وزن یا خواص مکانیکی دیگری مانند افزایش سختی یا ضریب کشسانی ساختار ماده استفاده می‌کند. نمونه‌های فراوانی از این پدیده وجود دارد و در این تحقیقات، همین توپولوژی پیچیده بود که به موفقیت ما منجر شد.

این پروژه هنوز در ابتدای مسیر پیشرفت قرار دارد؛ اما اعضای گروه بر این باورند که در آینده‌ی نزدیک با کمک فناوری چاپ سه‌بعدی، خواهند توانست هر نوع ساختاری در هر اندازه و با هر ویژگی مکانیکی مدنظرشان را  تولید کنند.

پروفسور تیواری افزود:

ما به‌دنبال دستیابی به کاربرد خاصی نیستیم؛ اما از این‌چنین ساختار اسفنجی‌شکلی که می‌تواند وزن درخورتوجهی را تحمل کند، می‌توان در کاتالیست‌ها و استخوان [مصنوعی]، مسیرهای سوخت و بسیاری دیگر از موارد بهره گرفت.

در گام بعدی این پروژه، اعضای این گروه تصمیم گرفته‌اند کاربردهای بالقوه‌ی این ماده و قابلیت‌های احتمالی اشکال دیگر توپولوژی‌ منحصر‌به‌فردش را پیدا کنند.