텍사스 A&M 대학교와 샌디아 국립 연구소(Sandia National Laboratories)의 공동 노력을 통해 연구원들은 모양을 사용하여 볼트 및 접착제와 같은 전통적인 기술에 비해 구조의 강도와 안정성을 높이도록 설계된 새로운 접합 기술인 인터로킹 메타표면(ILM)을 크게 개선했습니다.메모리 합금(SMA).

ILM은 항공우주, 로봇공학, 생체의학 장치 제조 시 기계 관절 설계를 변화시킬 수 있는 잠재력을 제공합니다.

"ILM은 수십 년 전 Velcro가 그랬던 것처럼 다양한 응용 분야에 걸쳐 접합 기술을 재정의할 준비가 되어 있습니다."라고 Texas A&M의 재료 과학 및 엔지니어링 부서 책임자인 Dr. Ibrahim Karaman이 말했습니다.

"우리는 ILM의 최초 개발자인 Sandia National Laboratories와 협력하여 다음과 같은 방법으로 ILM을 설계하고 제작했습니다.형상 기억 합금.우리의 연구에 따르면 이러한 ILM은 일관된 접합 강도와 구조적 무결성을 유지하면서 필요에 따라 선택적으로 분리 및 재결합될 수 있음이 입증되었습니다."

연구 결과는 다음에서 확인할 수 있습니다.재료 및 디자인.

레고나 벨크로와 마찬가지로 ILM은 힘을 전달하고 움직임을 제한하여 두 몸체를 결합할 수 있습니다.지금까지 이러한 결합 방법은 수동적이어서 결합에 힘이 필요했습니다.

팀은 3D 프린팅을 사용하여 형상 기억 합금(SMA), 특히 니켈-티타늄을 통합하여 능동형 ILM을 설계하고 제작했습니다. 니켈-티타늄은 온도 변화에 따라 변형된 후 원래 모양을 복구할 수 있습니다.

온도 변화를 통한 접합 기술 제어는 강도나 안정성의 손실 없이 유연성과 기능성에 대한 옵션을 증가시키면서 스마트하고 적응 가능한 구조에 대한 새로운 가능성을 열어줍니다.

"능동형 ILM은 정확하고 반복 가능한 조립 및 분해가 필요한 산업에서 기계 조인트 설계에 혁명을 일으킬 가능성이 있습니다."라고 대학원 연구 조교인 Abdelrahman Elsayed는 말했습니다.재료과학Texas A&M의 엔지니어링 부서.

실제 응용 분야에는 부품을 여러 번 조립하고 분해해야 하는 재구성 가능한 항공우주 공학 구성 요소 설계가 포함됩니다.활성 ILM은 또한 로봇 공학 기능을 향상시키기 위해 유연하고 적응 가능한 관절을 제공할 수 있습니다.생체의학 장치에서는 임플란트와 보철물을 신체 움직임과 온도에 맞게 조정하는 기능이 환자에게 더 나은 옵션을 제공할 수 있습니다.

현재 연구 결과는 열을 추가하여 ILM의 모양을 복구하기 위해 SMA의 형상 기억 효과를 활용했습니다.연구원들은 SMA의 초탄성 효과를 사용하여 큰 변형을 견딜 수 있고 매우 높은 응력 수준에서 즉시 복구할 수 있는 ILM을 생성함으로써 이러한 발견을 기반으로 하기를 희망합니다.

Karaman은 "몇 가지 과제가 남아 있기는 하지만 SMA를 ILM에 통합하면 향후 수많은 애플리케이션이 열릴 것으로 기대합니다."라고 말했습니다.

"복잡한 3D 프린팅 ILM에서 초탄성을 달성하면 구조적 강성을 국부적으로 제어할 수 있고 높은 잠금력으로 재부착이 용이해질 것입니다. 또한 우리는 이 기술이 극한 환경의 접합 기술과 관련된 오랜 과제를 해결할 것으로 기대합니다. 우리는 혁신적인 잠재력에 대해 매우 열정적입니다.ILM 기술의

다른 기여자로는 Wm Michael Barnes '64 산업 및 시스템 공학과 부교수인 Dr. Alaa Elwany와 산업 시스템 분야 박사 과정 학생 Taresh Guleria가 있습니다.엔지니어링 부서.

추가 정보:Abdelrahman Elsayed 외, 형상 기억 합금으로 활성화된 활성 연동 메타표면,소재 및 디자인(2024).DOI: 10.1016/j.matdes.2024.113137