Terra

Dec 26, 2023

Da University of Kent16 dicembre 2022

I ricercatori hanno creato un nuovo materiale di biologia sintetica in grado di fermare gli impatti supersonici. Potrebbe avere numerose applicazioni pratiche, come l’armatura antiproiettile di prossima generazione.

Gli scienziati hanno creato e brevettato un nuovo materiale ammortizzante e rivoluzionario che potrebbe rivoluzionare sia il settore della difesa che quello della scienza planetaria. La svolta è stata fatta da un team dell’Università del Kent, guidato dai professori Ben Goult e Jen Hiscock.

Denominata TSAM (Talin Shock Absorbing Materials), questa nuova famiglia di materiali a base proteica rappresenta il primo esempio noto di materiale SynBio (o biologia sintetica) in grado di assorbire gli impatti di proiettili supersonici. Apre le porte allo sviluppo di armature antiproiettile di prossima generazione e materiali di cattura dei proiettili per consentire lo studio degli impatti iperveloci nello spazio e nell’atmosfera superiore (astrofisica).

Il professor Ben Goult ha spiegato: "Il nostro lavoro sulla proteina talina, che è l'ammortizzatore naturale delle cellule, ha dimostrato che questa molecola contiene una serie di domini di commutazione binaria che si aprono sotto tensione e si ripiegano nuovamente una volta che la tensione diminuisce. Questa risposta alla forza dà talina "Le sue proprietà molecolari di assorbimento degli urti, proteggono le nostre cellule dagli effetti di grandi cambiamenti di forza. Quando abbiamo polimerizzato la talina in un TSAM, abbiamo scoperto che le proprietà di assorbimento degli urti dei monomeri di talina conferiscono al materiale proprietà incredibili."

Il team ha continuato a dimostrare l'applicazione nel mondo reale dei TSAM, sottoponendo questo materiale idrogel a impatti supersonici a 1,5 km/s (3.400 mph): una velocità maggiore rispetto a quella delle particelle nello spazio che colpiscono sia oggetti naturali che artificiali (tipicamente > 1 km /s) e velocità alla volata delle armi da fuoco, che comunemente sono comprese tra 0,4 e 1,0 km/s (900-2.200 mph). Inoltre, il team ha scoperto che i TSAM non solo possono assorbire l’impatto delle particelle di basalto (~60 µM di diametro) e di pezzi più grandi di schegge di alluminio, ma anche preservare questi proiettili dopo l’impatto.

L'attuale armatura tende ad essere costituita da una faccia in ceramica sostenuta da un composito rinforzato con fibre, che è pesante e ingombrante. Inoltre, sebbene questa armatura sia efficace nel bloccare proiettili e schegge, non blocca l'energia cinetica che può provocare traumi contundenti dietro l'armatura. Inoltre, questa forma di armatura viene spesso danneggiata in modo irreversibile dopo l'impatto, a causa dell'integrità strutturale compromessa, impedendone un ulteriore utilizzo. Ciò rende l’incorporazione dei TSAM nei nuovi progetti di armature una potenziale alternativa a queste tecnologie tradizionali, fornendo un’armatura più leggera e più duratura che protegge anche chi la indossa da una gamma più ampia di lesioni, comprese quelle causate da shock.

Inoltre, la capacità dei TSAM di catturare e preservare i proiettili post-impatto li rende applicabili nel settore aerospaziale, dove sono necessari materiali in grado di dissipare energia per consentire la raccolta efficace di detriti spaziali, polvere spaziale e micrometeoroidi per ulteriori studio scientifico. Inoltre, questi proiettili catturati facilitano la progettazione di apparecchiature aerospaziali, migliorando la sicurezza degli astronauti e la longevità delle costose apparecchiature aerospaziali. In questo caso i TSAM potrebbero fornire un’alternativa agli aerogel standard del settore, che sono soggetti a sciogliersi a causa dell’aumento della temperatura derivante dall’impatto del proiettile.

La professoressa Jen Hiscock ha dichiarato: "Questo progetto è nato da una collaborazione interdisciplinare tra biologia fondamentale, chimica e scienza dei materiali che ha portato alla produzione di questa straordinaria nuova classe di materiali. Siamo molto entusiasti delle potenziali possibilità di traslazione dei TSAM per risolvere problemi reali". -problemi mondiali, su cui stiamo attivamente portando avanti la ricerca con il supporto di nuovi collaboratori nel settore della difesa e dell'aerospaziale."

Riferimento: "I materiali a base proteica di prossima generazione catturano e preservano i proiettili dagli impatti supersonici" di Jack A. Doolan, Luke S. Alesbrook, Karen B. Baker, Ian R. Brown, George T. Williams, Jennifer R. Hiscock e Benjamin T Goult, 29 novembre 2022, bioRxiv.DOI: 10.1101/2022.11.29.518433