De foto hierboven, van een metalen rooster dat op de kop van een paardenbloem zit zonder een enkele gevederde pluk te verstoren, kan Photoshopped lijken. Maar het is niet. Het is een echte foto van een van de interessantere ontwikkelingen in de recente materiaalwetenschap - een metalen "microlattice" dat 100 keer lichter is dan piepschuim.
"Het is eigenlijk 99, 9 procent lucht", zegt Sophia Yang, een onderzoeker bij HRL Laboratories, waar het microlatt werd uitgevonden.
Om het metalen microlattice te maken, beginnen wetenschappers met een polymeerstructuur. Deze structuur wordt gecreëerd door ultraviolet (UV) licht door een filter op vloeibaar polymeer te laten schijnen. Het proces vormt vrijwel onmiddellijk een verharde 3D-structuur. Afhankelijk van de chemische samenstelling van het polymeer kan de resulterende structuur zacht of stijf, licht of zwaar zijn. Deze microlattice-structuren hebben zelf een verscheidenheid aan mogelijke toepassingen - een zacht polymeer microlattice kan bijvoorbeeld nuttig zijn voor het maken van comfortabele, maar extreem beschermende fietshelmen.
"Het voelt bijna als traagschuim, " zegt Yang.
Om de metalen structuur in het paardenbloembeeld te creëren, is een polymeerstructuur bedekt met een extreem dunne laag nikkel - ongeveer 100 nanometer dik, of 1.000 keer dunner dan een mensenhaar. Vervolgens wordt een chemische verbinding gebruikt om het polymeer in het nikkel op te lossen. Het resultaat is een reeks holle buizen.
De structuur bootst de samenstelling van botten na, die stijf aan de buitenkant zijn, maar meestal hol aan de binnenkant.
Onderzoekers van HRL werken sinds 2007 aan het micro-rooster, toen het proces voor het maken van het polymeer-micro-rooster voor het eerst werd gemaakt. Yang en anderen hebben sindsdien gewerkt om het product op te schalen - het eerste stuk polymeer microlattice was ongeveer 1 inch bij 1 inch, terwijl meer recente structuren zo lang als 5 voet zijn geweest - en aanvullende processen ontwikkelen, zoals het plateren van metaal .
Omdat HRL gezamenlijk eigendom is van Boeing en General Motors, hebben onderzoekers zich gericht op ruimtevaart- en automotive-toepassingen voor microlattice. Een van de meest veelbelovende potentiële toepassingen zou in de luchtvaart kunnen zijn, zegt Yang, waar verschillende delen van de structuur van een vliegtuig kunnen worden gebouwd uit het ultralichte metalen microlattice. Dit kan elk onderdeel van het vliegtuig zijn dat 'lichtgewicht moet zijn en toch structureel bestand is tegen een lading', zegt Yang.
Dit omvat een vliegtuigvloer, plafond, kombuiswanden, toiletwanden en meer. Deze structuren zijn meestal gemaakt van honingraat sandwichpanelen, massieve platen van materiaal "sandwiching" holle zeshoekige kolommen die lijken op honingraat. Honingraat sandwichpanelen worden veel gebruikt vanwege hun sterkte en lichtgewicht karakter. Maar metalen microlattice is veel lichter. Door honingraat sandwichpanelen te vervangen door microlattice kunnen vliegtuigen aanzienlijk lichter worden, wat betekent dat ze minder brandstof nodig hebben. Dit heeft zowel grote milieuvoordelen als economische voordelen. Hetzelfde principe zou van toepassing kunnen zijn op auto's, en zelfs op ruimteschepen - HRL werd onlangs aangeboord om samen met NASA te werken aan de volgende generatie van het ruimtelanceervoertuig, dat ultralichte panelen voor de romp van het voertuig fabriceert. Onderzoekers schatten dat hun materialen het gewicht van het voertuig met wel 40 procent zouden kunnen verminderen.
"Lichtgewicht en multifunctionele materialen en structuren zijn een van de belangrijkste aandachtsgebieden van NASA die de grootste impact kunnen hebben op toekomstige NASA-missies in onderzoek naar mens en robot, " zei Steve Jurczyk, een beheerder van NASA's Directoraat Ruimtetechnologie Missie, in een persbericht van NASA. "Deze geavanceerde technologieën zijn noodzakelijk voor ons om sterkere, maar lichtere ruimtevaartuigen en componenten te lanceren terwijl we op zoek zijn naar een asteroïde en uiteindelijk Mars."
Veel verder op de weg kan metalen microlattice medisch worden gebruikt. De kleine buisjes kunnen worden gebruikt als een kunstmatige long, zegt Yang.
Ademen door hetzelfde materiaal dat wordt gebruikt om raketschepen te bouwen: nu leeft dat in de toekomst.
