|
Футуристический материал меняет свои свойства
|
|
|
|
В повседневной жизни нас окружают предметы, которые обладают свойствами, позволяющими им выполнять определенные функции. Жесткость и мягкость позволяют объекту выполнять определенную функцию. Эти свойства, казалось бы, противоположны по своей природе, и одно свойство нельзя обменять на другое.
|
|
|
|
Например, подушки должны быть мягкими, чтобы обеспечить необходимую амортизацию и комфорт. Скалка должна быть жесткой и круглой, чтобы ее можно было раскатывать по тесту. После изготовления эти свойства не могут быть изменены. Подушка не может разровнять тесто, а скалка не может обеспечить поддержку голове и шее.
|
|
|
|
Но представьте, что такой мягкий предмет, как подушка, может превратиться в предмет, твердый, как скалка. С помощью простого переключателя этот предмет может приобрести свойства и функции жесткого материала, а с помощью другого щелчка - мягкого материала.
|
|
|
|
Материал, способный на это, позволил бы объекту выполнять множество функций. Такая многофункциональность, по сути, привела бы к существенному сокращению использования наших ресурсов. Это означало бы смену парадигмы устойчивого развития повседневных технологий в будущем.
|
 |
|
|
|
Вместе с другими учеными-материаловедами, физиками и инженерами я исследую то, что мы называем реконфигурируемыми механическими метаматериалами. Это класс перепрограммируемых многоцелевых метаматериалов с трансформируемой внутренней архитектурой.
|
|
|
|
Эти материалы обладают тремя противоположными свойствами, которые, казалось бы, противодействуют друг другу: гибкостью, жесткостью и мультистабильностью. Это означает, что пользователь может по требованию изменить их свойства, сделав их жесткими или мягкими, а при необходимости даже мультистабильными.
|
|
|
|
Объект, изготовленный из этого универсального класса метаматериалов, может становиться жестким, чтобы противостоять воздействию внешних сил, как жесткая структура, изменять форму, как гибкий механизм, или улавливать и поглощать энергию, как мультистабильный материал.
|
|
|
|
После изготовления
|
|
|
|
Материал, который может приобретать — после изготовления - черты структуры, механизма или мультистабильной материи, делает это благодаря расположению своего строительного блока, в данном случае метаузла.
|
|
|
|
Эта перестройка может быть вызвана приложением усилий в определенных точках давления. В процессе перестройки их края соприкасаются, в конечном итоге сливаются и закрывают центральную полость, образуя гибкий шарнир. В одной конфигурации конструктивный блок является жестким, поскольку металлический шарнир не сформирован, в то время как в другой конфигурации активация мета-шарнира приводит к локальному вращению вокруг центральной оси, что делает его гибким.
|
|
|
|
Реконфигурируемый конструктивный блок может быть использован для создания многофункциональных конструкций с перепрограммируемыми свойствами. Например, одномерную балку можно заставить вести себя как жесткую или гибкую конструкцию при нагрузке, приложенной к ее середине.
|
|
|
|
С другой стороны, тесселяция структурного блока в двух измерениях позволяет создавать три типа реконфигураций, каждая из которых соответствует заданному классу макроскопических твердых тел: жестких, гибких или мультистабильных на грани между ними. Также возможно расширение до трех измерений.
|
|
|
|
Применение метаматериалов
|
|
|
|
Многофункциональные изделия, которые могут быть перепрограммированы, охватывают множество секторов. Помимо физических свойств, можно перепрограммировать и другие геометрические свойства. Например, возможность реконфигурации элементарных ячеек может привести к общим изменениям размера и формы изделия.
|
|
|
|
Многофункциональная вешалка для одежды - это лишь один из примеров. Благодаря выборочному включению определенных петель вешалка может складываться для экономии места и удобства транспортировки, а также при необходимости раскладываться в разные размеры и формы для размещения одежды разных размеров. Это обеспечивает беспрецедентный уровень многофункциональности, ведущий к устойчивому использованию ресурсов.
|
|
|
|
Этот универсальный класс метаматериалов помогает создавать многоцелевые изделия. Эта многофункциональность обещает сократить использование ресурсов, открыть устойчивый путь к нашим технологиям будущего и способствовать достижению целей устойчивого развития, поставленных нашим миром, тем самым прокладывая путь к более экологичному и устойчиво работающему будущему.
|
|
|
|
Источник
|
