Μηχανικοί από το Πανεπιστήμιο RMIT της Μελβούρνης, με επικεφαλής τον Δρ. Τζόρνταν Νορονά και τον Καθηγητή Μα Τσιάν, κατάφεραν να αναπτύξουν ένα υβριδικό μεταϋλικό από τρισδιάστατα εκτυπωμένο τιτάνιο το οποίο είναι πρακτικά αβύθιστο.
Η ανάγκη για μια τέτοια πατέντα γεννήθηκε από το γεγονός ότι οι παραδοσιακές θαλάσσιες υποδομές, όπως οι πλωτήρες και οι αισθητήρες, βασίζονται σε κλειστά, στεγανοποιημένα κελύφη από χάλυβα ή πλαστικό. Αυτό σημαίνει ότι αν το εξωτερικό περίβλημα υποστεί έστω και μια μικρή ρωγμή, το νερό εισβάλλει στο εσωτερικό και ολόκληρη η κατασκευή οδηγείται αναπόφευκτα στον βυθό.
Οι επιστήμονες γνώριζαν εδώ και καιρό ότι οι μεταλλικές δικτυωτές δομές, δηλαδή τα περίπλοκα πλέγματα, είναι απίστευτα ελαφριές και παρουσιάζουν εξαιρετική αντοχή, όμως αντιμετώπιζαν ένα θεμελιώδες πρόβλημα μέσα στο νερό. Λόγω της ανοιχτής αρχιτεκτονικής τους, το υγρό στοιχείο κινείται ελεύθερα μέσα από τους διασυνδεδεμένους χώρους, με αποτέλεσμα να εξαλείφεται πλήρως η πλευστότητα που θα μπορούσε να προσφέρει η χαμηλή τους πυκνότητα.
Η αυστραλιανή ομάδα έδωσε τη λύση σε αυτό το παράδοξο, τυπώνοντας ένα πλέγμα από κοίλες, διασυνδεδεμένες ράβδους τιτανίου και γεμίζοντας το εσωτερικό τους με αφρό πολυουρεθάνης. Με αυτή την τεχνική, οι χώροι γύρω από τις ράβδους παραμένουν ανοιχτοί, επιτρέποντας στο νερό να ρέει ελεύθερα μέσα από την ίδια την κατασκευή, αντί να εμποδίζεται από ένα κέλυφος, ενώ την ίδια στιγμή ο αφρός παγιδεύει αέριο σε μικροσκοπικές κυψέλες και λειτουργεί ως ένα διάσπαρτο, εσωτερικό φράγμα, που κρατά το υλικό μόνιμα στην επιφάνεια.
Αυτό το υβριδικό υλικό παρουσιάζει μια σχεδόν απόκοσμη ανθεκτικότητα, καθώς δοκιμάστηκε σε πραγματικές συνθήκες στον κόλπο Port Phillip Bay της Μελβούρνης και απέδειξε ότι μπορεί να αντέξει την έκθεση στο θαλασσινό νερό, με ελάχιστη αλλοίωση, χάνοντας μόλις το μηδαμινό ποσοστό του 0,15% της μάζας του. Το πιο εντυπωσιακό στοιχείο είναι ότι οι ρωγμές και οι δομικές αστοχίες, δεν θέτουν σε κίνδυνο την πλευστότητα, καθώς η κατασκευή συνέχισε να επιπλέει κανονικά, ακόμα και μετά από σπάσιμο ολόκληρων στρωμάτων του πλέγματος ή καταστροφή κρίσιμων σημείων σύνδεσης, και βυθίστηκε μόνο όταν υπέστη ολοκληρωτική σύνθλιψη.
Επιπλέον, το συγκεκριμένο μεταϋλικό αποδείχθηκε κατά 70% ισχυρότερο από τον ανοξείδωτο χάλυβα ή το πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας ίδιας μάζας, γεγονός που επιτρέπει στους μηχανικούς να σχεδιάζουν πολύ πιο ελαφριά, αλλά ταυτόχρονα στιβαρά πλωτά συστήματα.
Για να μπορέσουν να προβλέψουν με ακρίβεια τη συμπεριφορά αυτής της ανοιχτής δομής, οι ερευνητές χρειάστηκε να αναθεωρήσουν τους κλασσικούς νόμους της φυσικής και να εισαγάγουν μια νέα μέτρηση που ονομάζεται σκελετική πυκνότητα. Αυτός ο δείκτης λαμβάνει υπόψη μόνο τα τμήματα της κατασκευής που αποκλείουν ενεργά το νερό, δηλαδή τα τοιχώματα τιτανίου και τον αφρό, προσφέροντας έναν απλό κανόνα στους σχεδιαστές, σύμφωνα με τον οποίο η κατασκευή θα επιπλέει πάντα, εφόσον η σκελετική της πυκνότητα παραμένει μικρότερη από εκείνη του περιβάλλοντος υγρού.
Η ομάδα έχει ήδη κατασκευάσει έναν τρισδιάστατα εκτυπωμένο θαλάσσιο πλωτήρα, ο οποίος παρέμεινε απόλυτα σταθερός σε δεξαμενή με ταραγμένο θαλασσινό νερό, και πλέον σχεδιάζει να αυξήσει την κλίμακα των δοκιμών, σε συνθήκες βαθέων υδάτων, ενώ παράλληλα εξετάζει την τροποποίηση του εσωτερικού υλικού, για χρήσεις που αφορούν την απορρόφηση ενέργειας και τον έλεγχο κραδασμών.
photo: pixabay
