19 дек 2022 2 813

Останавливает сверхзвук: Броня нового типа создана на основе белка

Исследователи создали синтетический биоматериал, который умеет останавливать сверхзвуковые удары. У него может быть множество практических применений, например, пуленепробиваемая броня следующего поколения. Новый материал способен произвести революцию как в оборонной, так и в космической отраслях. Открытие сделала команда из Кентского университета под руководством профессоров Бена Гулта и Джен Хискок.

Семейство материалов на основе белка, получившее название TSAM (Talin Shock Absorbing Materials), представляет собой первый известный пример SynBio (или синтетической биологии), способный поглощать удары сверхзвуковых снарядов. Это отличная возможность для разработки пуленепробиваемой брони следующего поколения и материалов для захвата частиц, позволяющих изучать высокоскоростные столкновения объектов в космосе и верхних слоях атмосферы.

Работа над белком талином, который является естественным амортизатором клеток, показала, что эта молекула содержит серию бинарных доменов-переключателей, которые открываются при воздействии силы и снова восстанавливаются, когда воздействие убирают. Эта реакция придает талину его молекулярные амортизирующие свойства, защищая наши клетки от неблагоприятных воздействий. Когда мы полимеризовали талин в TSAM, мы обнаружили, что амортизирующие свойства мономеров талина придают материалу невероятные свойства

— профессор Бен Гулт.

Команда продемонстрировала реальное применение TSAM, подвергнув гидрогелевый материал сверхзвуковой бомбардировке со скоростью 1,5 км/с — превышающей скорость, с которой частицы в космосе сталкиваются с объектами (обычно > 1 км/с) и начальную скорость огнестрельного оружия, которая обычно составляет от 0,4 до 1,0 км/с. TSAM может не только поглощать удары базальтовых частиц (~ 60 мкм в диаметре) и более крупных кусков алюминиевой шрапнели, но и удерживать эти снаряды после удара.

Современные бронежилеты, как правило, состоят из керамического лицевого слоя, покрытого армированным волокном композитом, тяжелым и громоздким. Кроме того, хотя эта броня эффективно задерживает пули и осколки, она не блокирует кинетическую энергию, что может привести к травме за броней. Кроме того, такой тип брони необратимо повреждается после удара из-за нарушения структурной целостности, что препятствует дальнейшему использованию. Это делает включение TSAM в новые конструкции бронезащиты альтернативой традиционным технологиям, обеспечивая более легкую и долговечную броню, которая защищает владельца от более широкого спектра травм, в том числе вызванных ударом.

Кроме того, способность TSAM захватывать снаряды после удара делает их применимыми в аэрокосмическом секторе, где есть потребность в рассеивающих энергию материалах, позволяющих эффективно собирать космический мусор, космическую пыль и микрометеориты для дальнейшего использования. Кроме того, захваченные частицы облегчают проектирование аэрокосмического оборудования, повышая безопасность космонавтов и продлевая срок службы дорогостоящего аэрокосмического оборудования. Здесь TSAM могут стать альтернативой стандартным аэрогелям, которые могут расплавиться из-за повышения температуры в результате столкновения.