افزایش مقاومت کلاه ایمنی/ هوش مصنوعی فوم سه‌بعدی طراحی کرد

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجینرینگ، سالانه حدود ۱.۱۹ میلیون نفر در نتیجه تصادفات رانندگی در جاده‌ها جان خود را از دست می‌دهند. بسیاری از آن‌ها دوچرخه سواران هستند. تنها در هند، ۷۵ هزار دوچرخه سوار در سال ۲۰۲۲ جان خود را از دست دادند.

یکی از موضوعاتی که هر کسی سوار بر یک اسکوتر یا دوچرخه روی آن حساب می‌کند، ایمنی است که یک کلاه ایمنی می‌تواند برای آن‌ها فراهم کند. گاهی اوقات، ثابت می‌شود که این کلاه ایمنی نجات بخش است، اما در بسیاری از مواقع، متاسفانه برای محافظت از یک انسان کافی نیست.

مهندسان دانشگاه کلرادو بولدر و آزمایشگاه ملی ساندیا با استفاده از هوش مصنوعی طراحی جدیدی را توسعه داده‌اند که می‌تواند جایگزین پوشش‌های فعلی موجود در این کلاه‌های ایمنی شود.

طراحی جدید آن‌ها که در اصل یک فوم ساخته شده از مواد فنری است، می‌تواند در برابر ضربات بزرگ مقاومت کند. اختراعات این تیم که با پرینتر‌های سه بعدی معمولی سازگار هستند، ممکن است به موارد مختلفی مانند صندوق‌های حمل و نقل یا پد‌های فوتبال ختم شوند.

هدف از این نوآوری، محافظت از اشیا یا اجسام ظریف در برابر ضربات و تکانه‌های شدید است.

پژوهش آن‌ها که در مجله (فناوری‌های مواد پیشرفته) «Advanced Material Technologies» منتشر شده است، فوم‌هایی را بررسی می‌کند که اغلب نادیده گرفته می‌شوند، اما به طور گسترده‌ای با موادی مواجه می‌شوند که به خاطر ماهیت عجیبشان شناخته شده‌اند.

ساخت کلاه ایمنی دوچرخه و تجهیزات فوتبال

فوم‌های سنتی با اینکه در جذب ضربات موثر هستند، اما تحت فشار سخت و فشرده می‌شوند. این مطالعه یک رویکرد جدید را پیشنهاد می‌کند: استفاده از الگوریتم‌های کامپیوتری طراحی مجدد فضای داخلی فوم را ممکن می‌سازد.

آزمایش‌ها نشان داد که این فوم‌های بازطراحی شده می‌توانند تا ۲۵ درصد نیروی بیشتری را در مقایسه با تکنولوژی‌های موجود جذب کنند.

رابرت مک کوردی، نویسنده مرتبط با این مطالعه گفت: موادی که برای جذب اثرات استفاده می‌کنید، تاثیر دارند؛ اما آنچه واقعا اهمیت دارد، هندسه است.

شبکه پیچیده حفره‌های درون فوم‌ها، انرژی را در هنگام فشرده شدن جذب می‌کند. برخی از مهندسان طرح‌های پیشرفته‌ای را با استفاده از سازه‌های برج مانند یا شبکه‌های صفحه‌ای شبیه به لانه زنبوری توسعه داده‌اند که در یک الگوی موج مانند بر روی ضربه فرو می‌ریزد و جذب نیرو را افزایش می‌دهد.

هدف این تیم افزایش تطبیق پذیری بالشتک‌ها با طراحی مجدد فضای داخلی آن‌ها در مقیاس یک میلی متر یا کم‌تر بود. آن‌ها با استفاده از نرم افزار‌های تخصصی، شبکه‌های لانه زنبوری را مرتب کردند و خمیدگی‌های جزئی را معرفی کردند.

مک کوردی گفت: به محض اینکه شروع به فشرده سازی این ساختار‌ها کنید، آن‌ها مقدار مشخصی نیرو جذب می‌کنند.

نتایج نشان داد که بلوک‌های ساخته شده با چاپگر سه بعدی آن‌ها می‌توانند تقریبا ۶ برابر بیشتر از فوم‌های استاندارد همان ماده و تا ۲۵ درصد بیشتر از دیگر طرح‌های لانه زنبوری انرژی جذب کنند.