In laboratory tests, a new design for padding, right, 表现优于泡沫等更传统的技术, left, made out of the same springy material. (Credit: Lawrence Smith)
足球运动员(以及其他遭受重击的人)可能要松一口气了.
In recent research, 博彩平台推荐和桑迪亚国家实验室的工程师们开发了一种新的衬垫设计，可以承受巨大的冲击. The team’s innovations, 哪些可以在商用3D打印机上打印, 也许有一天，它会被用于从运输板条箱到足球垫——任何有助于保护易碎物品的东西吗, or bodies, from the bumps of life.
The team described the technology in January in the journal “Advanced Materials Technologies.”
工程师们在实验室里用一台强大的机器把新设计的填充物压扁. (Credit: Lawrence Smith)
计算机模拟了一种新的衬垫吸力设计. (Credit: Lawrence Smith)
“减轻影响在任何地方都很重要,” said Robert MacCurdy, 本研究通讯作者，副教授 Paul M. Rady Department of Mechanical Engineering at CU Boulder. “它存在于公路防撞护栏、护膝和护肘以及包装设备中.”
这项研究重新审视了大多数人经常遇到但很少注意到的东西:泡沫. 它们是黏糊糊的材料，里面充满了无数的小孔和通道. Picture packing peanuts or stress balls. 麦考迪说，泡沫可以很好地吸收打击, 但它们有一个主要缺点:如果你挤压泡沫的力度足够大, it will eventually compress down into a rigid wad.
He and his colleagues think they can do better.
In the new study, 该小组编写了计算机算法，精心设计了缓冲材料的内部，使它们能够在外力下弯曲, but only following a careful pattern. 当小组将他们的设计在实验室进行测试时, 他们发现，与目前最先进的技术相比，这种填充物可以吸收多达25%的力.
“你用来吸收冲击的材料很重要，”麦考迪说. “But what really matters is the geometry.”
Zooming in
要理解为什么有些靠垫很好用，而另一些则不行，这有助于深入了解内部.
例如，是那些小角落和缝隙让泡沫产生了弹性. When you squeeze a sponge, MacCurdy explained, those empty spaces will begin to close up, which, in turn, absorbs energy.
一些工程师已经超越了这种基本设计. Instead, they make padding out of a network of towers, or “plate lattices,” that look a bit like honeycombs. If a linebacker, perhaps, crashes into this kind of cushion, 撞击会使蜂群坍塌成波浪状. That’s a more efficient way to absorb forces.
But, MacCurdy noted, 长期以来，研究人员一直在努力开发符合黄金标准的填充物——一种不只是吸收大量力量的技术, 但也可以用同样的技巧吸收许多不同的力量.
“If you’re riding your bike and get into a crash, 你不知道这是低速撞击还是高速撞击. 但无论如何，你都希望你的头盔表现良好。. “博彩平台推荐正在努力开发一种在所有这些情况下都表现良好的几何结构.”
Giving the squeeze
To make a more versatile cushion, 工程师和他的同事们选择重新安排这些物体的内部, down to the scale of a millimeter or less.
Robert MacCurdy
该小组首先使用定制软件来布置蜂窝网络, then tweaked them to include a few kinks, a bit like the bellows in an accordion. 这些扭结有助于引导蜂巢在撞击过程中坍塌, allowing for a much smoother collapse.
“当你开始压缩这些结构的时候, they absorb a certain amount of force,” MacCurdy said. “最好的减震器设计在整个压缩范围内保持恒定的力.”
In other words, unlike a foam, 不管你怎么把这些垫子压扁，它们的性能都是一样的, at least, up to a certain maximum.
研究人员还想确保他们的填充物能够经得起现实世界中的碰撞和擦伤. 他们用一台3D打印机用一种叫做热塑性聚氨酯的弹性材料制作出一块小砖大小的积木. 然后他们用冲击试验机挤压它们.
研究小组发现，这种塑料块吸收的能量大约是用同样材料制成的标准泡沫的六倍, and up to 25% more than other honeycomb designs. 麦库迪和他的同事们目前正致力于进一步改进他们的结构. 他补充说，工程师可以用许多不同类型的材料做出这些设计, 从有弹性的塑料到更硬的物质，比如铝.
换句话说，世界可能很快就会变得更加柔软.
