Nyt metamateriale kan skifte fra hårdt til blødt - og tilbage igen

Når et materiale er fremstillet, du kan typisk ikke ændre, om det materiale er hårdt eller blødt. Men en gruppe forskere ved University of Michigan har udviklet en ny måde at designe et "metamateriale", der gør det muligt for materialet at skifte mellem at være hårdt og blødt uden at beskadige eller ændre selve materialet.

Metamaterialer er menneskeskabte materialer, der får deres egenskaber-i dette tilfælde, om et materiale er hårdt eller blødt - fra den måde, materialet er konstrueret på frem for det materiale, der konstruerer det. Dette gør det muligt for forskere at manipulere et metamaterials struktur for at få materialet til at udvise en bestemt egenskab.

I gruppens undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation , UM-forskerne opdagede en måde at sammensætte et metamateriale, der let kan manipuleres for at øge stivheden på overfladen ved størrelsesordener-forskellen mellem gummi og stål.

Da disse egenskaber er "topologisk beskyttede, "hvilket betyder, at materialets egenskaber stammer fra dets samlede struktur, de vedligeholdes let, selvom materialet gentagne gange skifter mellem dets hårde og bløde tilstand.

"Det nye aspekt af dette metamateriale er, at dets overflade kan skifte mellem hårdt og blødt, "sagde Xiaoming Mao, adjunkt i fysik. "Som regel, det er svært at ændre stivheden i et traditionelt materiale. Det er enten hårdt eller blødt efter materialet er lavet. "

For eksempel, en tandfyld kan ikke ændres, efter at tandlægen har sat fyldet uden at forårsage stress, enten ved at bore eller slibe, til den originale fyldning. En guitarstreng kan ikke strammes uden at lægge stress på selve strengen, ifølge Mao.

Mao siger, hvordan en genstand kommer i kontakt med kanten af ​​metamaterialet, ændrer geometrien i materialets struktur, og derfor hvordan materialet reagerer på stress i kanten. Men metamaterialets topologiske beskyttelse tillader, at metamaterialets inderside forbliver fri for skader.

Materialet kunne en dag bruges til at bygge biler eller raketaffyringssystemer. I biler, materialet kan hjælpe med at absorbere stød fra et styrt.

"Når du kører bil, du vil have bilen til at være stiv og understøtte en belastning, "Sagde Mao." Under en kollision, du vil have komponenter til at blive blødere for at absorbere energien fra kollisionen og beskytte passageren i bilen. "

Forskerne foreslår også, at materialet kan bruges til at lave cykeldæk, der kan justeres selv for lettere at køre på bløde overflader som sand, eller for at gøre skadebestandig, genanvendelige raketter.