Des Écailles De Poisson Imprimées En 3D Pourraient Améliorer L'Armure Militaire

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Des chercheurs du mit ont utilisé des imprimantes 3d pour étudier la structure des écailles de poisson et les ont inspirées dans la mise au point d’armures extrêmement souples et durables à des fins militaires, ainsi que d’autres applications potentielles dans la lutte contre les incendies et les sports.

CAMBRIDGE, Mass. - Les gilets pare-balles ont parcouru un long chemin depuis les costumes d'acier du Moyen Âge, mais les structures animales protectrices - telles que des coquilles et des écailles - ont encore battu les équipements les plus sophistiqués en matière de mobilité et de mobilité. rigidité.

Les chercheurs du MIT utilisent maintenant l’impression 3D pour familiariser les humains avec leurs proches animaux en étudiant certaines des formes les plus robustes d’armure animale, en particulier des écailles de poisson, afin de concevoir un équipement qui corresponde à la flexibilité, le confort et la durabilité rencontrés dans le monde naturel.

"Nous voulons comprendre comment les balances interagissent les unes avec les autres pour fournir de la mobilité, mais aussi comment, au niveau mondial, elles offrent à la fois structure, rigidité et flexibilité", a déclaré Swati Varshney, étudiant diplômé du MIT, WordsSideKick.com lors d'un symposium sur les vêtements intelligents ici à l'Université de Harvard le 15 novembre. [Biomimétisme: 7 technologies inspirées par les animaux]

Une telle armure bio-inspirée - également appelée armure biomimétique, parce qu’elle imite la nature - existe depuis des années, même depuis l’empire romain, lorsque les soldats portaient un vêtement métallique écaillé rappelant une peau de poisson ou d’amphibien. Mais les progrès récents de l'impression 3D permettent maintenant aux chercheurs d'imiter plus étroitement et plus efficacement ces structures naturelles en créant des modèles d'échelles plus vastes que nature et en effectuant des tests mécaniques nuancés qui identifient les structures internes spécifiques qui les rendent si protectrices.

Écailles de poisson dragon

La scientifique en matériaux du MIT, Christine Ortiz, et son équipe ont concentré leurs analyses en cours sur le bichir du Sénégal (Polypterus senegalus) - un poisson de 36 cm de long, à la peau dure, également connu comme un poisson-dragon pour son corps élancé et ses nageoires dorsales hérissées.

Pour étudier les écailles de poisson-dragon - qui sont presque entièrement en céramique naturelle - l'équipe commence par détacher des échantillons d'un poisson vivant, a expliqué Ortiz lors d'une conférence. Les écailles sont tellement dures que l'équipe doit utiliser une scie électrique pour les enlever, mais le poisson n'est pas endommagé et repousse de nouvelles écailles en quelques semaines, a déclaré Ortiz.

Prototypes imprimés en 3D des écailles de Polypterus senegalus.

Prototypes imprimés en 3D des écailles de Polypterus senegalus.

Crédit: Steffen Reichert

L’équipe examine ensuite les échelles à l’aide d’imagerie microscopique et de numérisation 3D, puis crée des modèles imprimés en 3D (plus de 10 fois supérieurs à la taille normale de l’échelle) afin de réaliser des tests mécaniques qui seraient autrement extrêmement difficiles à réaliser sur le réel et beaucoup plus complexes. plus petit, des échelles. [Infographie: Comment fonctionnent les imprimantes 3D]

Dans leurs analyses d'imagerie, l'équipe a constaté que les écailles de poisson dragon avaient des crêtes lisses et des empreintes correspondantes qui permettaient aux écailles voisines de s'emboîter parfaitement comme des pièces de puzzle. La disposition exacte des échelles varie à travers le corps en fonction de l'amplitude de mouvement requise dans les différentes régions, a déclaré Ortiz. De telles variations peuvent aider à comprendre comment une armure peut être adaptée au corps humain pour protéger des régions à forte mobilité, telles que les coudes, par opposition à celles à mobilité réduite, telles que les avant-bras.

L'équipe a constaté que la composition physique de la balance en céramique contribue également à sa durabilité: La céramique résiste aux fissures de telle sorte que l'énergie se dissipe vers l'intérieur plutôt que de rayonner vers l'extérieur, contrairement à d'autres matériaux fragiles.

"Ce que la nature supprime, dans de nombreux cas, la fissuration radiale de la céramique et, au contraire, se fissure en un cercle autour de l'impact", a déclaré Ortiz au cours de la conférence. "Au lieu de craquer vers l'extérieur, il va en fait vers l'intérieur, dissipant de l'énergie pour arrêter la pénétration sans sacrifier l'intégrité structurelle de l'ensemble du système."

Applications militaires et autres

L'équipe utilisera ses résultats pour tester les limites structurelles de différentes combinaisons de matériaux et de conceptions, avec des applications potentiellement très variées. Le travail est financé, en partie, par l’armée américaine. Elle s’attend donc à ce que les résultats obtenus aient des applications militaires, mais espère également s’étendre à d’autres domaines de la protection humaine. Par exemple, une armure écailleuse faite de matériaux résistants à la chaleur, tels que la céramique, pourrait fournir une protection thermique aux pompiers, ou un matériau plus léger pourrait être configuré pour créer des protège-nuque souples pour les joueurs de football, a déclaré Varshney.

"Notre objectif est de permettre la mobilité des utilisateurs", a déclaré Varshney. "Une fois que nous aurons résolu ce problème, nous pourrons alors commencer à parler de durabilité et la durabilité de différents systèmes dépendra des matériaux que vous utiliserez."

En plus de leurs études sur les poissons-dragons, l'équipe analyse les structures d'autres poissons blindés, y compris l'épinoche à trois épines et le poisson-chat blindé, afin de comparer différents systèmes naturels et de choisir des ensembles de qualités plus appropriées pour la protection humaine..

Suivez Laura Poppick sur Twitter. Suivez WordsSideKick.com sur Twitter, Facebook et Google+. Article original sur Science en direct.


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