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探究《NASA》神奇的「記憶合金輪胎」科技
吳育安 吳育安 Posted on Feb 11, 2018

探究《NASA》神奇的「記憶合金輪胎」科技

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探究《NASA》神奇的「記憶合金輪胎」科技

圖片來源:NASA

充氣式輪胎發明至今已經大約有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。

探究《NASA》神奇的「記憶合金輪胎」科技

圖片來源:NASA

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。

▼舊式火星登陸車的車輪雖然應付全地形的能力不差,但是卻也相當容易受到損壞

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圖片來源:NASA

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」。

▼NASA以動畫說明記憶合金原子結構重新排列的狀況

影片來源:NASA

根據Padula的說明,這種記憶合金的變形程度可以達到30%而不會發生永久形變或者損壞的情況,還能夠在延展10%之後恢復原本的型態,相較於先前金屬材質只能延展0.3-0.5%,記憶合金的確有著極大的優勢。

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。

▼NASA實驗室內的輪胎測試作業

影片來源:NASA

影片來源:NASA

雖然說Superelastic Tire的記憶合金技術是為了太空探索研發而成,但是並不代表這種輪胎技術無法應用在我們所處的地球上。當然,金屬材質輪胎的抓地力、速度限制以及製造成本都是需要進一步解決的問題,但是試想,若是這種類型的輪胎能夠應用在主要工作環境在非柏油路面、速度緩慢的工程機具上,或許能夠擁有極佳的效益。

▼記憶合金輪胎的編織結構

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圖片來源:NASA

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圖片來源:NASA

▼NASA以一般吉普車進行實際測試

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圖片來源:NASA

▼記憶合金輪胎未來將成為太空探測車的標準配備

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