• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
22.01.2021
Василий Парфенов
1 574

Свойства метаматериала научились программировать в реальном времени

5.4

Метаматериалы — такие композиты, физические свойства которых задаются не столько их химическим составом, сколько пространственной структурой. Как правило, это происходит прямо в процессе изготовления, что существенно ограничивает сферу применения подобных изделий. Инженеры из Швейцарии смогли создать метаматериал, состоящий из особых ячеек, изменяющих свои свойства под действием магнитного поля.

Свойства метаматериала научились программировать в реальном времени
Схема установки для программирования метаматериала / ©Chen, T., Pauly, M. & Reis, P.M. A reprogrammable mechanical metamaterial with stable memory. Nature 589, 386–390 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-020-03123-5

Программируемый метаматериал — по-настоящему прорывная технология: насколько известно, подобное создали впервые. У него пока нет специального названия, это лишь первые эксперименты, но их результаты выглядят многообещающе. Полное описание технологии вместе с подробными видеозаписями различных тестов опубликовано в рецензируемом журнале Nature.

Новый метаматериал создал постдокторат Института машиностроения Федеральной политехнической школы Лозанны (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) Тян Чен (Tian Chen) под руководством Педро Рейса (Pedro Reis). В этой работе также активно участвовал руководитель Лаборатории геометрических вычислений Марк Паули (Mark Pauly).

Программирование метаматериала из массива ячеек 6х6 и последующее тестирование / ©Chen, T., Pauly, M. & Reis, P.M. A reprogrammable mechanical metamaterial with stable memory. Nature 589, 386–390 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-020-03123-5

Разработка Тян Чена состоит из множества ячеек, способных поддерживать два стабильных состояния. Он называет их «м-биты» (m-bits) — по аналогии с бинарными элементами компьютерной памяти. Так же, как логические ячейки на жестком диске, элементы метаматериала способны менять свое состояние под действием магнитного поля. И ровно таким же образом изменение состояния лишь некоторой части из них позволяет радикально менять свойства более крупного блока.

Изначально Тян Чен планировал создать материал, который, в зависимости от ситуации, может быть либо жестким, либо гибким. Но в ходе экспериментов выяснилось, что, программируя ячейки определенным образом, можно управлять не только двумя этими свойствами. Изготовленный для тестов мат метаматериала получалось сделать более гибким в одном направлении, чем в другом. Или заставить поддерживать форму при нагрузке в определенном направлении и сгибаться при изменении ее вектора.

Программирование ячейки. Созданный Ченом метаматериал выдерживает более сотни изменений состояния / ©Chen, T., Pauly, M. & Reis, P.M. A reprogrammable mechanical metamaterial with stable memory. Nature 589, 386–390 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-020-03123-5

В своей дальнейшей работе инженер планирует заняться уменьшением ячеек. Как далеко зайдет его проект, предсказать пока трудно, но для практического применения их придется сделать на несколько порядков компактнее. Кроме того, в лаборатории использовали силикон, а для реальных условий может понадобиться реализовать эту схему из совсем иных материалов.

Комментируя результаты исследования своего протеже, Рейс предположил следующий шаг — сделать структуру трехмерной. Пока метаматериал состоит из всего одного слоя ячеек. Объемная структура может показать даже более удивительные свойства. Правда, нужно разработать новый метод программирования ячеек. Сейчас их намагничивают или размагничивают роботизированной рукой с датчиком Холла. Она способна запрограммировать только лежащие в одной плоскости ячейки.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 14:02
Иван Лавренов

Некоторые пульсары покидают остатки сверхновых со скоростями более тысячи километров в секунду. Согласно новому исследованию, такую скорость им может придавать весьма необычное явление - мощное направленное нейтринное циклотронное излучение.

Позавчера, 14:54
Сергей Васильев

Крошечные маячки помогли ученым следовать за мигрирующими насекомыми в небольшом самолете, показав, что те уверенно ориентируются в пространстве, перелетая на тысячи километров.

Вчера, 15:23
Анна Новиковская

Со школьной скамьи мы знаем, что для того, чтобы зародилась жизнь, требуются два вида клеток — яйцеклетка от матери и сперматозоид от отца. Теперь, похоже, от этой давней догмы придется отказаться: группе израильских ученых удалось получить эмбрион мыши из стволовых клеток.

Вчера, 14:02
Иван Лавренов

Некоторые пульсары покидают остатки сверхновых со скоростями более тысячи километров в секунду. Согласно новому исследованию, такую скорость им может придавать весьма необычное явление - мощное направленное нейтринное циклотронное излучение.

12 августа
Василий Парфенов

В конце июля многие СМИ опубликовали новости с заголовками вида «Земля стала вращаться быстрее — и ученые не знают почему». К концу первой недели августа тема добралась и до русскоязычного сегмента Сети. На поверку этот инфоповод пусть и без негативных последствий, но демонстрирует основные пороки современной (не только научно-популярной) журналистики. Рассказываем, как в действительности изменяется скорость вращения нашей планеты, насколько хорошо известны причины таких осцилляций, а также почему ученые никогда ничего не знают наверняка (и это нормально).

Позавчера, 14:54
Сергей Васильев

Крошечные маячки помогли ученым следовать за мигрирующими насекомыми в небольшом самолете, показав, что те уверенно ориентируются в пространстве, перелетая на тысячи километров.

2 августа
Александр Березин

Если западным странам удастся «лишить Кремль нефтяных доходов», то мир ждет геополитическое землетрясение. Только не обязательно в ту сторону, о которой вы сейчас подумали. На фоне того, что последует за «лишением», шок 1973 года может показаться детской игрой. Naked Science попробует оценить размах «потолочного катаклизма» заранее.

31 июля
Александр Березин

Саудовский принц одобрил строительство гигантского «лежачего небоскреба», который должен стать крупнейшим зданием в истории. Причем еще и самым экологичным в мире. Пресса и соцсети полны возмущенных оценок: «это антиутопия!», «проект сырой!» и тому подобным. Однако чисто технически это не так: «Зеркальную линию» на пять миллионов жителей вполне можно построить. И такое здание в самом деле будет энергоэффективным (и формально безуглеродным). Но у проекта есть другие слабые места, лежащие скорее в сфере науки, нежели техники. Naked Science попробовал разобраться в деталях.

27 июля
Алиса Гаджиева

Новое исследование показало, что появившаяся у человека способность переваривать молочный сахар никак не сказалась на распространенности потребления продуктов молочного животноводства.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: