Metamateriale bygget af gear

En specielt designet gearkasse er blød i den ene ende og stiv i den anden. Disse robuste egenskaber holder selv i tilfælde af produktionsfejl. Denne nye forskning kan føre til nye måder at designe gearede enheder som satellitsporere eller ure, og undersøgelsen er blevet rapporteret i Fysisk gennemgang X .

Forestil dig to sammenkoblede tandhjul. Ved at dreje den ene med uret får den anden til at dreje mod uret. Tilslutning af et tredje gear til begge får systemet til at sidde fast. Leidens fysikere Anne Meeussen og Jayson Paulose har nu udviklet en kompleks samling af tandhjul, der sidder fast ét ​​sted, men som opererer i en anden. Betragtes som et nyt metamateriale, den er stiv i den ene ende og blød i den anden.

I videoen herunder, denne bemærkelsesværdige mekanisme virker som magi, men forskerne opfandt det matematisk. 'Det smukke ved dette princip er, at det er et robust system, siger gruppeleder prof. Vincenzo Vitelli. 'Vi kan bestemme, hvilke dele der er bløde eller stive, og mekanismen fortsætter med at fungere, selvom gearene er ufuldkomne. Denne egenskab kaldes ofte topologisk robusthed. '

Fordi stivhedsegenskaberne er iboende for systemet, producenter kan bruge princippet til at bygge mekaniske enheder som ure, der bruger billigere komponenter, samtidig med at ydeevnen bevares. Vitelli:'Dette kan bedst anvendes på sporingsenheder, som satellitsporere, der er baseret på gearede mekanismer. '

Udviklingen er inspireret af elektroniske topologiske isolatorer, som fik Nobelprisen i fysik i 2016. De isolerer på indersiden, men leder elektricitet på deres overflader. Og selvom de har ufuldkommenheder, strømmen vil blive ved med at flyde. I stedet for elektroniske egenskaber, Vitellis gruppe omhandler stivhed. Hans systemer er stive på udvalgte steder og bløde andre steder, uanset ufuldkommenheder.