محققان "موسسه فناوری ماساچوست"(M.I.T) با همکاری مهدی تکفلی برای نخستین بار موفق به چاپ سه بعدی صدف حلزون در محیط آزمایشگاه با هدف استفاده از آن در تولید کلاه ایمنی شدند.
بر اساس گزارشی به نقل از ساینس‌دیلی، مهدی تکفلی دانش‌آموخته دانشگاههای تهران و علم و صنعت، به همراه همکارانش نشان دادند که "صدف حلزون"(conch) دارای معماری منحصر به‌فردی است و ساختار آن 10 برابر سخت‌تر از مروارید است.
سختی و مقاومت صدف حلزون در مقابل شکستگی ناشی از پیکربندی بی‌نظیر آن است و این پیکربندی براساس سه سطح مختلف در ساختار داخلی ماده است.
این ساختار، صدف را در مقابل گسترش هر نوع ترکی مقاوم می‌کند و چون صدف دارای ماتریکس زیگزاگی است، ترک‌ها در نوعی مارپیچ گیر می‌افتند.
تا پیش از این مطالعه، با وجود این که ساختار صدف حلزون به خوبی درک شده بود، این ماده در محیط آزمایشگاه قابل تولید نبود. با این حال محققان به رهبری "مارکوس بوهلر"(Markus Buehler) نوعی فناوری چاپ سه‌بعدی را خلق کردند که به آنها امکان تکثیر ساختار این ماده را داد.
بخشی از نوآوری تیم علمی قابلیت آنها برای شبیه‌سازی رفتار ماده و تحلیل عملکرد واقعی آن در شرایط واقعی بود. آنها موفق شدند مواد کامپوزیت با ویژگی‌های کاملا کنترل‌شده چاپ کنند؛ تیم علمی از نمونه‌های صدف واقعی برای مطالعات خود استفاده نکرد زیرا این صدف‌ها ممکن است دستخوش تغییرات غیرقابل‌پیش بینی شوند که تحلیل‌های محققان را پیچیده کند.
با این حال، با چاپ نمونه‌های صدف حلزون در آزمایشگاه، آنها توانستند از همان هندسه‌ای استفاده کنند که در شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای خلق کرده بودند.
کلاه‌های ایمنی حفاظتی و دیگر ابزار مقاوم در مقابل ضربه نیازمند داشتن هر دوی استحکام و سختی است؛ استحکام به قابلیت یک ماده برای مقاومت در مقابل آسیب اشاره دارد که به طور مثال، فولاد دارای چنین ویژگی است. از سوی دیگر، سختی، به قابلیت ماده برای پراکنده کردن انرژی اشاره دارد که پلاستیک آن را به خوبی انجام می‌دهد.
اما مواد کامپوزیت جدید دارای ترکیبی از این ویژگی‌ها هستند که در تمامی ماده توزیع شده‌اند.
به دلیل استفاده از چاپ سه بعدی در این مطالعه، امکان تولید کلاه‌های ایمنی شخصی وجود دارد. در واقع، رایانه بر اساس اسکنی که از جمجمه فرد تهیه می‌کند، می‌تواند کلاه ایمنی را برای وی بهینه و شخصی سازی کند.
جزئیات این دستاورد علمی در Advanced Materials منتشر شد.