Систему шестерен превратили в метаматериал
Ученые Лейденского университета создали новый метаматериал из шестеренок: полученная конструкция допускает деформацию с одной стороны и жестко держит структуру с другой, причем эти свойства сохраняются даже при наличии производственных дефектов компонентов системы. Работа опубликована в журнале Physical Review X.
По словам ученых, на создание нового метаматериала их вдохновила работа об электронных топологических изоляторах (отмеченная Нобелевской премией по физике за 2016 год), которые обеспечивают электропроводность на поверхности, но изолированы изнутри. Вместо электрических свойств ученые обратили внимание на механические свойства — жесткость и подвижность, и фактически получили механический аналог нобелевского топологического изолятора.
Если две шестеренки соединить друг с другом, то вращение одной из них по часовой стрелке будет вызывать вращение другой против часовой. А если к ним добавить еще одну шестеренку, то полученная система станет неподвижной — шестеренки не смогут вращаться ни в одном из направлений. Лейденские физики Анн Миуссен и Джейсон Паулюс разработали сложную конструкцию из шестеренок, которая допускает подвижность с одной стороны, но жестко зафиксирована с другой: на видео ниже видно, что с одной стороны систему можно «смять», в то время как внутри и с другой стороны она сохраняет жесткость.
Credit: Anne S. Meeussen, Jayson Paulose, and Vincenzo Vitelli / Universiteit Leiden
Механические системы с похожими свойствами рассматривались и раньше, однако, они были неустойчивыми к внешним воздействиям. В отличие от них, структура из шестеренок, состоящая из шестигранных ячеек, оказалась стабильна: степени свободы вращения и сдвига каждого узла обеспечивают систему топологическими характеристиками, которые допускают деформацию только с одной стороны решетки.
Ученые считают, что новый материал может использоваться во многих механических устройствах, например в часах (и удешевить таким образом их производство) или спутниковых трекерах, которые имеют в своей основе шестереночные механизмы.
Надежда Бессонова
Как изготавливают архитектурные макеты
Прежде чем строить дом из кирпича, бетона и стали в натуральную величину, необходимо создать его макет в миниатюре из более легких и подручных материалов. Зачем это нужно? Во-первых, чтобы перевести замысел архитектора, воплощенный в чертежах на бумаге, в трехмерную форму, то есть для наглядности. Во-вторых, для проверки инженерных решений: макет покажет, нет ли противоречий в проекте, все ли конструктивные детали соответствуют друг другу. В-третьих, современный макет помогает привязать будущее здание к месту строительства, так как воспроизводит и его окружение: соседние дома, дороги, пешеходные зоны, парковки, зеленые насаждения и так далее. Наконец, в-четвертых, макет передает то, что не опишешь никакими словами — эстетику архитектуры: цветовые и фактурные решения, стройность композиции, гармонию форм. Мы расскажем о том, как создаются современные макеты, на примере компании ПИК, в рамках нашего совместного проекта «Умные решения».
