防弹材料

我们能做些什么来防止爆炸物造成伤害?剑桥大学的工程师格雷厄姆·麦克沙恩(Graham McShane)致力于通过消散爆炸能量来抵御炸弹爆炸的材料。他在接受克里斯·史密斯....采访时表示，事实证明，同样的想法甚至可能在美式足球等身体接触运动中发挥作用

格雷厄姆:所以，开发保护材料的关键是控制传递到你想要保护的物体上的力。因此，当建筑物或车辆被炸弹或爆炸载荷击中时，压力会变得非常高。所以，这种压力会造成很大的伤害。它们会导致飞行器的高加速度这会导致比尔·普劳德刚刚谈到的那种伤害。所以保护材料的关键是减轻那些压力负荷，那些传递到飞行器上的力。我们的研究正着眼于使用细胞材料来实现这一目标。

克里斯:当你说“蜂窝”时，你能解释一下这是什么意思吗?

泡沫和蜂窝是蜂窝材料的例子。这些材料是由一系列细胞组成的，它们的细胞壁是固体的，但它们之间大部分都有空气间隙。当你挤压细胞物质时，它们会因细胞壁的弯曲而变形。这种屈曲有助于消散这些力。所以你试图保护的结构在更长的时间内感受到更小的力这意味着更少的破坏和伤害。

克里斯-我想汽车行业已经知道这一点了因为汽车被设计成有折叠区，所以当你撞到墙上时，汽车会折叠，这需要时间所以所有的力和能量不会很快直接传递给乘客。

格雷厄姆:原理完全相同，但实际上，在这些细胞结构中，我们试图在更小的范围内实现这一目标。

Chris -你开始用金属来做船和其他东西。

格雷厄姆:没错。我们对保护船只不受水下爆炸的影响很感兴趣，因为水下爆炸的压力非常大。所以我们需要非常坚固的材料，并且能够吸收大量的能量。这就是为什么我们要调查金属和钢结构。所以我们用不锈钢制作蜂窝状和波纹状结构用钢板焊接和钎焊将它们连接在一起。把这些材料放在夹层结构中在这些细胞材料外面有坚固的表面层然后看看它们如何保护结构不受爆炸载荷的影响。

克里斯:管用吗?

格雷厄姆:他们工作得很好。因此，它们能够吸收大量的能量，但它们也是非常高效的结构，这些夹层板。它们很轻，很硬，所以它们也可以减轻你的结构的重量。缺点是制造难度太大，而且成本更高。

Chris -你能不能考虑到你已经计算出这些材料的几何形状以这种方式耗散能量，然后说，“我不会用金属来做。我现在要用一些新材料来做。”

格雷厄姆:当然。有很多应用都依赖于相同的原理。所以个人防护装备是用来保护人们的头部或身体免受撞击伤害的，但是载荷的制度是非常不同的——力更低等等。所以你可能需要使用不同的材料。这就是3D打印真正发挥作用的地方。所以，我们可以用3D打印技术制造出非常复杂形状的细胞材料，这样它们就可以用塑料、橡胶和其他更柔软的材料包裹住身体或头部。我们可以用同样的方法来理解这些细胞材料是如何弯曲的，并将它们应用到这些新的应用中。

克里斯-那和美国橄榄球联盟的关系呢?

头部受伤在很多运动中都是一个很大的挑战。美式足球是一种，橄榄球是另一种，人们的头部会发生碰撞。人们会得到脑震荡，这可能会严重损害他们的职业生涯或使他们的健康处于严重风险之中。因此，这些材料在运动中有很大的潜在应用范围。

Chris -所以你会把你所学到的东西用在如何减轻爆炸对路虎车底的影响，如何减轻对个人的伤害;3D打印橡胶材料可以做成帽子或头盔之类的东西;这对足球运动员有好处，但我想，这同样可以在战场上找到一个家。

格雷厄姆:当然，但是在理解这些细胞材料的外壳在冲击载荷下是如何变形的方面有很多挑战。

克里斯:我想3D打印一定给你的工作带来了革命性的变化，因为把这些金属敲出来，听起来很重要，我们一直在努力做到这一点，但如果你能3D打印一些东西，你就可以非常非常快地做很多不同的实验。

格雷厄姆:没错。因此，3D打印给了你巨大的灵活性，可以用各种不同的材料制作出各种不同的几何形状，而且生产速度非常快。所以，你可以只做一个，你可以尝试不同的几何形状和不同的设计，这给了我们真正的自由去探索新的解决方案。

克里斯:嗯，像阿尔茨海默氏症这样的疾病，因为反复的头部损伤是身体接触运动中的一个大问题，所以将来会有很多美国橄榄球运动员要感谢你，格雷厄姆。非常感谢你来和我们讨论这个问题。这是Graham McShane;他是剑桥大学的工程师。