به گزارش زومیت، بسیاری از حشرات از خطر می‌گریزند یا پنهان می‌شوند، اما سوسک زره‌پوش شیطانی (Phloeodes diabolicus) به پوشش بدنش متکی است. این سوسک بی‌پرواز تنها دو سانتی‌متر طول دارد و زرهش می‌تواند فشار چرخ خودرو را تاب بیاورد. همین سازوکار الهام‌بخش ساخت اتصالاتی برای ترمیم بدنه هواپیما شده است.
چرا پوسته زیر فشار ناگهان نمی‌شکند؟
استحکام پوسته فقط به سختی آن مربوط نیست. بخش‌های بال‌پوش سخت سوسک مانند قطعات پازل در هم می‌روند و زیر بار، فشار را پخش و انرژی را جذب می‌کنند. وقتی فشار بیشتر شود، لایه‌های میکروسکوپی به‌تدریج از هم باز می‌شوند. این فرایند لایه‌لایه شدن، انرژی را جذب می‌کند و مانع گسیختگی ناگهانی می‌شود. در این زره ماده معدنی وجود ندارد و استحکامش حاصل مواد آلی و نحوه قرار گرفتن آن‌هاست.
در سال ۲۰۲۰، پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در ارواین و دانشگاه پردو، زره حشره را با تصویربرداری پرتو ایکس، آزمون مکانیکی و مدل‌سازی سه‌بعدی مطالعه کردند. به گزارش ZME Science، پوسته پیش از آغاز شکستگی حدود ۱۵۰ نیوتن نیرو، معادل نزدیک به ۳۹ هزار برابر وزن بدن سوسک، تحمل کرد. برای مقایسه، چرخ خودرو روی سطح خاکی حدود ۱۰۰ نیوتن به حشره نیرو وارد می‌کند.
از الیاف کربن تا سرامیک و تعمیر کامپوزیت
اتصال مواد متفاوت، به‌ویژه فلز و کامپوزیت، در هوافضا دشوار است. اتصال‌دهنده‌های متداول می‌توانند وزن سازه را بالا ببرند و نقاطی ایجاد کنند که تنش در آن‌ها متمرکز شود و به مرور ترک بخورند.
در پژوهش سال ۲۰۲۰، از کامپوزیت الیاف کربن برای ساخت اتصال‌دهنده‌ای با بخش‌های درهم‌قفل‌شونده استفاده شد. استحکام آن در حد نمونه‌های معمول صنعت هوافضا بود، اما پیش از شکست، انرژی بیشتری جذب کرد و کمتر در معرض شکست ناگهانی بود.
گروه دیگری در سال ۲۰۲۳ این هندسه را در سرامیک آزمود. سرامیک معمولاً سخت و مستحکم است، اما ضربه یا فشار زیاد می‌تواند باعث ترک و شکست ناگهانی شود. قطعات سرامیکی با اتصال درهم‌قفل‌شونده در آزمون شکست تا ۷۰۰ درصد انرژی بیشتری از نمونه‌های ساده‌تر جذب کردند.
تازه‌ترین مرحله، در سال ۲۰۲۶، طراحی یک اتصال ترمیمی پازل‌مانند برای کامپوزیت آسیب‌دیده هواپیما بود.
در تعمیر معمول، وصله روی بخش آسیب‌دیده می‌نشیند و محل اتصال ممکن است خود به بخش ضعیف سازه بدل شود. قطعات قفل‌شونده در طرح تازه نیرو را بهتر پخش می‌کنند و جلوی پیشروی آسان ترک‌ها را می‌گیرند.
در آزمایش‌ها، نمونه الهام‌گرفته از سوسک پیش از شکست، ۳۰٫۴۷ درصد نیروی کششی بیشتر تحمل کرد. توان تحمل نیرو هنگام خم شدن نیز ۸٫۶۵ درصد بیشتر شد. پژوهشگران این افزایش را حاصل هندسه پازلی و جهت‌گیری بهینه الیاف کامپوزیت می‌دانند.
این طرح هنوز آزمایشگاهی است و پیش از استفاده روی هواپیما باید در شرایط واقعی کار آزموده شود. آزمایش‌ها نشان می‌دهند از الگوی زره این حشره می‌توان برای طراحی اتصال‌هایی بهره برد که آسیب را به‌تدریج جذب و مهار کنند.
- 18
- 3
