Vibration kun i én retning

Elektroniske komponenter såsom transistorer transmitterer kun elektriske strømme i én retning. Hvad hvis vi kunne skabe materialer, der kunne opnå lignende effekter for mekaniske vibrationer? Til mange applikationer, have materialer, der overfører vibrationer i én retning, men ikke i den anden, ville være yderst nyttigt. I naturen, sådanne materialer findes ikke, men en gruppe fysikere fra universitetet i Amsterdam har nu designet et metamateriale, der kan netop det.

Materialer, der viser denne 'envejsoverførsel af bevægelse' kunne, for eksempel, bruges til at bygge strukturer, der ville være meget mere modstandsdygtige over for jordskælv. Normale materialer overfører information og energi – både ønsket og uønsket – i alle retninger gennem mekaniske vibrationer. Dette sker på alle skalaer:Jordens overflade under et jordskælv er et eksempel, men det samme sker med strengen på en guitar, når den plukkes, eller med vores eget væv under en ultralyd.

Robotiske metaatomer

I deres nye forskning, som blev offentliggjort i Naturkommunikation på torsdag, de fire fysikere skabte et nyt 'robotisk' metamateriale. Hver byggeklods i dette materiale er en lillebitte robot, der er i stand til at fornemme og handle på sine naboers adfærd gennem lokale feedbacksløjfer. Forskerne har brugt disse programmerbare feedback-loops til at bryde bevægelsessymmetrien. Som resultat, en given byggeklods reagerer ikke på samme måde på forskydningen af ​​sin venstre nabo, som den gør på den til højre.

One Way Amplification

Ved at sætte flere af disse byggeklodser sammen, forskerne samlede et metamateriale med en unik egenskab:Bølger, der forplanter sig gennem dette materiale, spredes (dæmpes), når de forplanter sig i én retning, men forstærkes, når de forplanter sig i den modsatte retning. Dette robotmateriale er nøglen i udviklingen af ​​nye bølgestyringssystemer, der er i stand til at fokusere uønskede vibrationer på stærke dele af strukturer. Udover at bygge solide strukturer, den ensrettede forstærkning kunne, for eksempel, bruges til at udnytte energi eller udføre målinger af høj kvalitet uden at påvirke deres omgivelser.