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科技|探究NASA神奇的记忆合金轮胎

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发表于 2018-10-31 11:42:27 | 显示全部楼层 |阅读模式


充气式轮胎发明至今已经大约有170年之久,但是除了在内里结构以及橡胶化学成分不断更新之外,基本上并没有太多的改变。不过,这些年来轮胎制造商都不断推出概念轮胎,希望发明全新型态的轮胎科技。但是除了轮胎制造商以外,还有一个研究单位也不断的挑战创新,希望创造出与众不同的轮胎,它就是美国太空总署NASA。为了在未知的星球与环境当中探索,NASA派出的机器人需要应付各种可能的地形以及不同星球的重力才能够顺利完成任务,此时探测车的车轮就扮演着至关重要的角色。



NASA最新的发明称为Superelastic Tire,这种轮胎采用了免充气轮胎的概念,但是在材质上使用了相当特殊的记忆金属来做为整个轮胎的结构体。NASA研发这种特殊轮胎的背后原因是希望改良旧式探测车轮胎的缺陷,NASA在登月探测车或者火星探测车使用免充气轮胎已经有很长的一段时间,先前的金属材质轮胎虽然性能良好,也完成不少任务,但是NASA团队在2013年发现其火星登陆车在遭遇预期之外的严苛地形之后,免充气车轮皆有受损严重的状况,显示出这种车轮对于冲击与地形的抵抗能力较差。


▼旧款火星登陆车的车轮虽然应付全地形的能力并不差,但是却也相当容易受到损坏



在一次机缘巧合之下,NASA开始与登月任务模拟实验室的材料工程师Santo Padula合作,在这位工程师的建议之下,NASA决定开始研发使用记忆合金制成的免充气轮胎,用以取代老款的探测车轮胎。所谓记忆金属,是一种镍钛合金(Nickel titanium)。一般金属在受到外力负荷之下,会不断延伸直到断裂,但是这种镍钛合金在负载之下,其组成的原子结构会重新排列,让外型产生形变,当负载减轻或者消失之后,其原子结构会再次重新排列,恢复原本的外型,因而得名「记忆合金」。


根据Padula的说明,这种记忆合金的变形程度可以达到30%而不会发生永久变形或者损坏的情况,还能够在延伸10%之后恢复原本的型态,相较于先前金属材质只能延展0.3-0.5%,记忆合金的确有着极大的优势。


这种记忆合金轮胎的优点在于没有充气轮胎泄气或者爆胎的疑虑,也不容易受到温度变化影响。NASA表示他们还能够针对不同的负载调整出不同硬度的记忆合金轮胎,这样一来就能够让探测车在不同负载之下选择最适合当下地形和重力的轮胎。


▼NASA实验室内的轮胎测试作业


虽然说Superelastic Tire的记忆合金技术是为了太空探索研发而成,但是并不代表这种轮胎技术无法应用在我们所处的地球上。当然,金属材质轮胎的抓地力、速度限制以及制造成本都是需要进一步解决的问题,但是试想,若是这种类型的轮胎能够应用在主要工作环境在非柏油路面、速度缓慢的工程机具上,或许能够拥有极佳的效益。


▼记忆合金轮胎的编织结构


▼NASA以吉普车进行实际测试


▼记忆合金轮胎未来将成为太空探测车的标配




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