テキサス A&M 大学とサンディア国立研究所の共同研究により、研究者らは、ボルトや接着剤などの従来の技術と比較して、形状を利用して構造の強度と安定性を高めるように設計された新しい接合技術であるインターロッキング メタサーフェス (ILM) を大幅に改良しました。形状記憶合金（SMA）。

ILM は、航空宇宙、ロボット工学、生物医学機器の製造における機械的ジョイントの設計を変革する可能性をもたらします。

「ILMは、数十年前にベルクロが行ったように、さまざまな用途にわたる接合技術を再定義する態勢が整っています」とテキサスA&Mの教授で材料科学工学部の部長であるイブラヒム・カラマン博士は述べた。

「ILMの最初の開発者であるサンディア国立研究所と協力して、私たちはILMを設計および製造してきました。形状記憶合金。私たちの研究は、これらの ILM が、一貫した接合強度と構造的完全性を維持しながら、必要に応じて選択的に取り外したり再取り付けしたりできることを実証しています。」

調査結果は次の場所にあります。素材とデザイン。

レゴやベルクロと同様に、ILM は力を伝達し、動きを制限することで 2 つの物体を結合できます。これまでこの接合方法は受動的であり、嵌合に力が必要でした。

研究チームは、3D プリンティングを使用して、温度を変えることで変形後に元の形状を回復できる形状記憶合金 (SMA)、特にニッケルチタンを統合することでアクティブ ILM を設計および製造しました。

温度変化による接合技術の制御により、強度や安定性を損なうことなく、柔軟性と機能性のオプションが増加し、スマートで適応性のある構造の新たな可能性が開かれます。

「アクティブ ILM は、正確で再現性のある組み立てと分解を必要とする業界の機械的ジョイント設計に革命をもたらす可能性を秘めています」と、同大学院研究助手のアブデルラーマン・エルサイード氏は述べています。材料科学テキサス A&M のエンジニアリング部門。

実際の用途には、部品を何度も組み立てたり分解したりする必要がある再構成可能な航空宇宙工学コンポーネントの設計が含まれます。アクティブ ILM は、ロボット工学を強化する機能のための柔軟で適応可能なジョイントを提供することもできます。生物医学機器では、体の動きや温度に合わせてインプラントや補綴物を調整できる機能があれば、患者にとってより良い選択肢が提供される可能性があります。

今回の研究結果では、SMA の形状記憶効果を利用して、熱を加えることによって ILM の形状を回復しました。研究者らは、SMA の超弾性効果を利用してこれらの発見をさらに発展させ、大きな変形に耐え、非常に高い応力レベル下でも瞬時に回復できる ILM を作成したいと考えています。

「いくつかの課題は残っていますが、SMA を ILM に組み込むことで、将来の多くのアプリケーションが可能になると期待しています」と Karaman 氏は述べています。

「複雑な 3D プリントされた ILM で超弾性を達成すると、構造剛性の局所的な制御が可能になり、高い固定力による再取り付けが容易になります。さらに、この技術が極限環境での接合技術に関連する長年の課題に対処できると期待しています。私たちは変革の可能性に非常に熱心です。」ILMテクノロジーの。」

他の寄稿者には、Wm Michael Barnes '64 産業システム工学部の准教授である Alaa Elwany 博士と、産業システムおよび工学分野の博士課程の学生 Taresh Guleria が含まれます。工学部。

詳細情報:Abdelrahman Elsayed et al、形状記憶合金によって可能になるアクティブ インターロッキング メタサーフェス、素材とデザイン（2024年）。DOI: 10.1016/j.matdes.2024.113137