Neue Panzerung wehrt Überschallstösse ab

Energie wird absorbiert

Diese neuartige, auf Proteinen basierende Materialfamilie mit dem Namen TSAM (Talin Shock Absorbing Materials) ist das erste bekannte Beispiel eines SynBio-Materials (oder synthetischen Biologie-Materials), das in der Lage ist, Einschläge von Überschallgeschossen zu absorbieren. Dies öffnet die Tür für die Entwicklung von kugelsicheren Panzerungen und Projektilabfangmaterialien der nächsten Generation, die die Erforschung von Hypergeschwindigkeitseinschlägen im Weltraum und in der oberen Atmosphäre (Astrophysik) ermöglichen.

Professor Ben Goult erklärte: «Unsere Arbeit am Protein Talin, dem natürlichen Stossdämpfer der Zellen, hat gezeigt, dass dieses Molekül eine Reihe von binären Schalterdomänen enthält, die sich unter Spannung öffnen und wieder zusammenfalten, sobald die Spannung nachlässt. Diese Reaktion auf Kraft verleiht Talin seine molekularen Stossdämpfungseigenschaften und schützt unsere Zellen vor den Auswirkungen grosser Kraftänderungen. Als wir Talin zu einem TSAM polymerisierten, stellten wir fest, dass die stossdämpfenden Eigenschaften der Talinmonomere dem Material unglaubliche Eigenschaften verliehen.»

Geschosse werden nach Aufprall konserviert

Das Team fuhr fort, die reale Anwendung von TSAMs zu demonstrieren, indem es dieses Hydrogelmaterial Überschallstössen mit einer Geschwindigkeit von 1,5 km/s aussetzte - eine Geschwindigkeit, die höher ist als die Geschwindigkeit, mit der Teilchen im Weltraum auf natürliche und vom Menschen geschaffene Objekte aufprallen (typischerweise > 1 km/s), sowie die Mündungsgeschwindigkeit von Schusswaffen, die üblicherweise zwischen 0,4-1,0 km/s liegt. Darüber hinaus entdeckte das Team, dass TSAMs nicht nur den Aufprall von Basaltpartikeln (~60 µM im Durchmesser) und grösseren Aluminiumsplittern absorbieren können, sondern diese Geschosse auch nach dem Aufprall konservieren.

Die derzeitige Panzerung besteht in der Regel aus einer keramischen Oberfläche, die mit einem faserverstärkten Verbundstoff verstärkt ist, der schwer und unhandlich ist. Diese Panzerung blockiert zwar Kugeln und Splitter, nicht aber die kinetische Energie, die hinter der Panzerung zu stumpfen Traumata führen kann. Ausserdem ist diese Form der Panzerung nach dem Aufprall oft irreversibel beschädigt, da die strukturelle Integrität beeinträchtigt ist, was eine weitere Verwendung unmöglich macht. Dies macht die Einbeziehung von TSAMs in neue Panzerungsdesigns zu einer potenziellen Alternative zu diesen traditionellen Technologien, die eine leichtere, langlebigere Panzerung bietet, die den Träger auch vor einem breiteren Spektrum von Verletzungen schützt, einschliesslich solcher, die durch Stösse verursacht werden.

Interessant für die Luft- und Raumfahrtechnik

Die Fähigkeit von TSAMs, Projektile nach dem Aufprall einzufangen und zu konservieren, macht sie ausserdem für die Luft- und Raumfahrt nutzbar, wo ein Bedarf an energieverzehrenden Materialien besteht, um Weltraummüll, Weltraumstaub und Mikrometeoroide für weitere wissenschaftliche Studien aufzufangen. Darüber hinaus erleichtern diese eingefangenen Projektile die Konstruktion von Raumfahrtausrüstungen, wodurch die Sicherheit der Astronauten und die Langlebigkeit teurer Raumfahrtausrüstungen verbessert werden. Hier könnten TSAMs eine Alternative zu den in der Industrie üblichen Aerogelen darstellen, die aufgrund der durch den Projektileinschlag verursachten Temperaturerhöhung zum Schmelzen neigen.

Professor Jen Hiscock sagte: «Dieses Projekt ist das Ergebnis einer interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Grundlagenbiologie, Chemie und Materialwissenschaft, die zur Herstellung dieser erstaunlichen neuen Materialklasse geführt hat. Wir sind sehr gespannt auf die potenziellen Anwendungsmöglichkeiten von TSAMs zur Lösung von Problemen in der realen Welt. Daran forschen wir aktiv mit der Unterstützung neuer Kooperationspartner aus dem Verteidigungs- und Luftfahrtsektor».

(fest/pd)