Свойства метаматериала научились программировать в реальном времени — Naked Science
5 минут
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.
9 часов назад
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

12 часов назад
8 минут
Мария Азарова

Математическое моделирование позволило подсчитать, что большинство случаев тяжелого течения коронавирусного заболевания и госпитализаций по этой причине в США оказались связаны с одним из четырех кардиометаболических нарушений, а главным образом — с ожирением.

10 часов назад
5 минут
Мария Кривоченко

Ученые создали компьютерную сеть, которая имитирует человеческий мозг. Благодаря ей удалось выяснить, как человек обрабатывает движущиеся изображения, и понять, как появляются оптические иллюзии.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

23 февраля
4 минуты
Виктория Сафронова

Звук — шум от передвижения марсохода — записан одним из его микрофонов.

22 февраля
5 минут
Илья Ведмеденко

Новое видео демонстрирует использование новейшего российского разведывательно-ударного БПЛА «Орион» на территории Сирии. Ранее этот комплекс приняли на вооружение.

27 января
6 минут
Василий Парфенов

Интересным наблюдением поделились сотрудники Чернобыльского радиационно-экологического биосферного заповедника. Они уже более трех лет следят за жизнью стада одичавших коров, поведение которого сильно отличается от того, что можно наблюдать у домашних сельскохозяйственных животных.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

2 февраля
44 минуты
Александр Березин

В научном журнале The Lancet появились итоги клинических испытаний «Спутника-V», и на первый взгляд эта публикация — триумф. Российская вакцина показала эффективность выше, чем у Pfizer и Moderna. Увы, на этом хорошие новости закончились. Плохих две.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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: