Pierwszy w historii mechaniczny metamateriał, który przenosi ruch w jednym kierunku, a blokuje w kierunku przeciwnym, jest dziełem naukowców i inżynierów z University of Texas oraz holenderskiego instytutu AMOLF. Materiał taki może być postrzegany jako mechaniczna tarcza, przepuszczająca energię tylko w jedną stronę, a blokująca ją w przeciwną.

Złamanie symetrii ruchu może pozwolić na lesze kontrolowanie systemów mechanicznych oraz zwiększenie ich efektywności. Przyda się w robotyce czy protetyce.

Przełomowy materiał narusza jedną z podstawowych zasad rządzących wieloma systemami fizycznymi, zasadę wzajemności. Opisuje ona, w jaki sposób poruszają się różnego rodzaju sygnały. Skoro na przykład, jesteśmy w stanie wysłać sygnał radiowy, jesteśmy też w stanie go odebrać. Jeśli do jakiegoś ciała przyłożymy po stronie A pewną siłę, która spowoduje przesunięcie strony B o określoną wartość, to spodziewamy się, że przyłożenie takiej samej siły po stronie B przesunie stronę A o identyczną wartość. Nowy materiał zaburza te zależności.

Stworzony przez nas mechanicznym metamateriał daje nowe możliwości projektantom struktur mechanicznych. Znajdzie on zastosowanie tam, gdzie użyteczne jest złamanie naturalnej symetrii ruchu molekuł w strukturze materiału – mówi profesor Andrea Alu.

Profesor Alu i jej koledzy dokonali już wielu ważnych odkryć na polu metamateriałów łamiących symetrię w systemach elektromagnetycznych i akustycznych. Po wizycie w instytucie AMOLF grupa pani Alu rozpoczęła współpracę z Corentinem Coulaisem, który od pewnego czasu interesuje się mechanicznymi metamateriałami. Współpraca ta doprowadziła do obecnego przełomu.

Naukowcy rozpoczęli pracę od stworzenia gumowego materiału o szkielecie o takiej konstrukcji, by spełniał on wstępne założenia mechanicznej asymetrii. Ta struktura stała się dla nas inspiracją. Postanowiliśmy stworzyć drugi metamateriał, który znacznie silniej będzie zaburzał symetrię. Zastąpiliśmy prostą strukturę przypominającą rybie ości bardziej skomplikowaną, złożoną z kształtów przypominających sześciany i diamenty. Okazało się, że bardzo mocno zaburza ona symetrię.

Nowa struktura jest homogeniczna na przestrzeni całego materiału, podobnie jak w zwykłym materiale. Jednak każdy element struktury jest w pewien ściśle określony sposób nieco obrócony względem innych i to tak subtelna różnica daje materiałowi tak niezwykłe właściwości. Po przyłożeniu siły z miękkiej strony sześciany i diamenty tworzące strukturę, bardzo łatwo ulegały rotacji. Efekt ten zachodził tylko w pobliżu miejsca przyłożenia siły, a jego skutek dla drugiej strony był minimalny. Gdy zaś przyłożyli taką samą siłę od strony sztywnej, struktura w pobliżu pozostała nieruchoma, jednak energia została przeniesiona i wywołała duże odkształcenia po stronie przeciwnej.

Polecane:

Australia - Chcą wybić wielbłądy, żeby ograniczyć emisję gazów cieplarnianych
Niemcy - Naukowcy zatrzymali światło na 60 sekund
Japonia - Naukowcy znaleźli znacznie lepszą metodę na przemianę dorosłych komórek do stanu pluripote...
Rosja - Na Syberii pojawiła się gigantyczna dziura w ziemi, krater ma średnicę 80 metrów i jest bard...
Szwecja - Niedaleko Sztokholmu znaleziono pierścień z IX wieku, z czasów wikingów z napisem "Al...
Za kilka lat sonda Solar Orbiter przyjrzy się z bliska rozbłyskom słonecznym, Polacy mają swój udzia...
Chiny - Błyskawiczna powódź w dwóch prowincjach, lawiny błotne zalały wioski
Songtao, Chiny - Gwałtowna nawałnica i ogromna powódź, która dotknęła 85 tysięcy osób, zniszczonych ...
Włochy - Potężna erupcja wulkanu Etna, fontanna lawy nad kraterem i sparaliżowane lotnisko [Video]