柚子帽是真的!BMW 參考柚子皮結構做防護配件,保護性能提升 20%

作者 | 發布日期 2017 年 10 月 04 日 16:00 | 分類 材料 , 汽車科技 , 科技趣聞 follow us in feedly

為了提升配件更好的防護功能,寶馬(BMW)和七家德國企業及學研單位合作,花了三年時間進行「生物啟發安全系統」(BISS)計畫,試圖從大自然的設計中找到更強的保護措施,最終找到了適合的東西:柚子皮。



對於習慣在中秋節吃柚子、戴柚子帽的華人來說,這聽起來可能有些不正經,但至少寶馬很正經。他們在 BISS 項目下透過研究柚子皮製造的新材料,比舊有材質的防護性能提升了 20%。

這項研究是由寶馬聯合愛迪達(adidas)、ORTEMA、phoenix、uvex 及三家學研單位合力進行,德國政府也透過聯邦教育及研究部(BMBF)資助了這個項目。

柚子有非常厚實的外皮提供保護,即使從樹高處掉下來,柚子表皮也不會破裂,內部果肉也完好如初,同時柚子的厚皮還非常輕盈。

之所以有這種獨特保護性,是因為柚子皮是一種拉脹材料(auxetic materials),應力-應變行為與傳統材料完全不同;在遭遇壓力的情況下,傳統結構往往變得更薄,拉脹材料則會因壓縮變得更厚。

寶馬認為,類似柚子的組織結構能提供高效的衝擊保護作用,除了柚子以外,研究人員也針對魚鱗、鱷魚皮質鱗片的保護方法進行了許多研究。

研究的初步階段,團隊先是分析這些保護機制的組織結構、細胞結構及其功能,並探討是否適用於工業製品,隨後再試圖製造出相應的纖維複合材料,層狀結構和纖維順向度(fibre orientation)。

▲ 參考柚子、魚鱗、鱷魚皮等自然組織結構製成的防護設備假想圖。

在這種創新保護材料之下,團隊開始研究過去難以同時達成的功能:撞擊保護、抗穿透性及阻尼(damping,減緩振動)效果,而結果好得遠遠超乎團隊預期。

身為體育體育用品製造商,uvex 和愛迪達則理所當然想到在體育用品應用上的顯著優勢。

運用這種材料,uvex 已研發出新型滑雪、自行車頭盔,緩衝性能較常規材料好上 10%~20%,遠高於現有的安全要求。愛迪達相信,這份研究為未來籃球、足球員的防護衣打開了新的大門。

寶馬的技術預測專家認為,這些新型材料是能提升員工防護的全新方法,製成的手套和保護配件可用來防止產線作業員受銳利車身零件傷害,而材料的輕盈、透氣和靈活性,也能讓人員的活動不會受到限制。

潛在的應用也包含機車騎士的相關防護配件。以這種仿生材料製成的安全帽、防撞裝備,在提供同樣保護能力的狀況下,能夠比市場的常規型號輕盈許多。

參考大自然產物設計出來的原型材料,比目前使用的材料更輕、更堅固、更穩定,除了能發揮更高的保護功能,結構組織也節省了材料,讓成本更低廉,也能用於預期目的。

透過聯合開發者之一 phoenix,企業對 3D 數據及 3D 列印產品開發的了解,運用疊層製造(ALM)和快速成形技術,產品將可直接運用創新材料來快速、平價的生產。

(圖片來源:innovationsmanufaktur 新聞稿)