研究NASA神奇的記憶合金輪胎科技

2020-12-04 專注汽車資訊解說

研究NASA神奇的記憶合金輪胎科技，充氣式輪胎髮明至今已經大約有170年之久，但是除了在內裡結構以及橡膠化學成分不斷更新之外，基本上並沒有太多的改變。不過，這些年來輪胎製造商都不斷推出概念輪胎，希望重新發明新型態的輪胎科技

但是除了輪胎製造商以外，還有一個研究單位也不斷的挑戰創新，希望創造出與眾不同的輪胎，它就是美國太空總署NASA。為了在未知的星球與環境當中探索，NASA派出的機器人需要應付各種可能的地形以及不同星球的重力才能夠順利完成任務，此時探測車的車輪就扮演著至關重要的角色

NASA最新的發明稱為Superelastic Tire，這種輪胎採用了免充氣輪胎的概念，但是在材質上使用了相當特殊的記憶金屬來做為整個輪胎的結構體。NASA研發這種特殊輪胎的背後原因是希望改良舊式探測車輪胎的缺陷

NASA在登月探測車或者火星探測車使用免充氣輪胎已經有不短的一段時間，先前的金屬材質輪胎雖然性能良好，也完成不少任務，但是NASA團隊在2013年發現其火星登陸車在遭遇預期之外的嚴苛地形之後，免充氣車輪皆有受損嚴重的狀況，顯示出這種車輪對於衝擊與形變的抵抗能耐較差

在一次機緣之下，NASA開始與登月任務模擬實驗室的材料工程師Santo Padula合作，在這位工程師的建議之下，NASA決定開始研發使用記憶合金製成的免充氣輪胎，用以取代舊型的探測車輪胎。所謂記憶金屬，是一種鎳鈦合金(Nickel titanium)

一般金屬在受到外力負荷之下，會不斷延展直到斷裂，但是這種鎳鈦合金在負載之下，其組成的原子結構會重新排列，讓外型產生形變，當負載減輕或者消失之後，其原子結構會再次重新排列，恢復原本的外型，因而得名「記憶合金」

這種記憶合金輪胎的優點在於沒有充氣輪胎洩氣或者爆胎的疑慮，也不容易受到溫度變化影響。NASA表示他們還能夠針對不同的負載調整出不同硬度的記憶合金輪胎，這樣一來就能夠讓探測車在不同負載之下選擇最適合當下地形和重力的輪胎

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    背景板文字介紹合金的性質、特點等知識。展臺通過藝術化手段進行呈現，將記憶合金設計為花朵或蝴蝶的形狀，在花朵內部上放置熱源燈，觀眾體驗展項時按下按鈕，打開熱源，加熱後花瓣打開。形狀記憶合金是一種具有形狀記憶效應的合金材料，通常由兩種或三種金屬元素構成。
  • 日本東北大學《Science》:形狀記憶合金取得重要進展!
    形狀記憶合金在變形後可以恢復原來的形狀，這使得它們在各種特殊的應用中都很有用。金屬形狀記憶合金的超彈性行為始於臨界應力，臨界應力隨溫度的升高而增大。溫度依賴性是其共同的特點，經常限制了金屬形狀記憶合金的應用。
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  • 形狀記憶合金——「記憶」超能力
    正如它的名字一般直白，形狀記憶合金在加熱後能夠消除其在低溫下發生的變形。雖然自然界具有形狀記憶效能的材料有不少，但形狀記憶合金的性能卻是其中首屈一指的。這一「記憶」超能力，在航空航天領域內的應用有很多成功範例。