Свойства метаматериала научились программировать в реальном времени — Naked Science
Василий Парфенов

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.
Вчера, 11:36
68 минут
Ольга Иванова

Своими корнями история Армении уходит в глубокую древность и неразрывно связана с историей всего Древнего мира. Но зачастую, зная в деталях историю Рима и Древней Греции, мы в гораздо меньшей степени осведомлены о событиях, происходивших в Античное время в Армении, оказавшейся на перекрестке цивилизаций Запада и Востока. В силу многих причин она не попала в должном объеме в учебники и незнакома тем, кто интересуется историей. Попытаемся хоть немного исправить эту несправедливость.

3 часа назад
48 минут
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Вчера, 15:39
5 минут
Илья Ведмеденко

Специалистам «Роскосмоса» удалось запустить основные двигатели нового модуля «Наука». Ранее сообщалось о технических неполадках, возникших после старта.

Вчера, 11:36
68 минут
Ольга Иванова

Своими корнями история Армении уходит в глубокую древность и неразрывно связана с историей всего Древнего мира. Но зачастую, зная в деталях историю Рима и Древней Греции, мы в гораздо меньшей степени осведомлены о событиях, происходивших в Античное время в Армении, оказавшейся на перекрестке цивилизаций Запада и Востока. В силу многих причин она не попала в должном объеме в учебники и незнакома тем, кто интересуется историей. Попытаемся хоть немного исправить эту несправедливость.

3 часа назад
48 минут
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

21 июля
4 минуты
Сергей Васильев

До сих пор было неизвестно, могут ли плоды передавать сигналы материнскому растению, но опыты, поставленные на томатах, показали, что это действительно происходит.

13 июля
5 минут
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
7 минут
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

11 июля
28 минут
Александр Березин

Еще год назад почти все были уверены, что эпидемия быстро закончится. Ведь научные исследования говорили: иммунитет переболевших очень сильный, а повторные заболевания крайне редки. Российские власти все еще верят в это: глава Роспотребнадзора Анна Попова утверждает, будто повторно болеет только 1%. От этого в России до сих пор ждут достижения «группового иммунитета» осенью — и, разумеется, снятия ковидных ограничений. К сожалению, это пустые надежды. Данные из других стран вообще не показывают реальной возможности достичь группового иммунитета за счет переболевших. Разбираемся в деталях.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: