Метаматериал превратит поступательное движение во вращательное

Frenzel et al. / Science, 2017

Обычно при сжатии материалы расширяются во все стороны. Ученые разработали метаматериал, который закручивается при сжатии, и, таким образом, может быть использован для преобразования поступательного движения во вращательное, сообщается в статье, опубликованной в Science.

Для преобразования поступательного движения во вращательное, как правило, используются кривошипно-шатунные механизмы. Именно благодаря такому механизму в двигателях внутреннего сгорания поступательное движение поршней преобразуется во вращательное движение вала, которое затем передается на колеса автомобиля или другие механизмы. Существуют и гораздо более простые способы такого преобразования, например, в недавно представленном бумажном робочерве для этого использовался специальный паттерн оригами.

Исследователи под руководством Мартина Вегенера (Martin Wegener) из Технологического института Карлсруэ создали для связывания поступательного и вращательного движения новый метаматериал. Он состоит из кубических ячеек с необычной структурой: на каждой ее грани располагается круг, который соединен с вершинами ячейки с помощью касательной. За счет этого при нажатии на касательные круги начинают поворачиваться и заставляют всю ячейку скручиваться.

Для того, чтобы протестировать механические свойства нового метаматериала, исследователи создали с помощью селективного лазерного спекания несколько образцов из полимера. Сами образцы имели одинаковый размер, но размер каждой ячейки в них различался. Для того, чтобы материал мог свободно скручиваться, каждый образец состоял из двух равных частей, в которых ячейки имели разную хиральность. За счет этого при нажатии одна половина скручивалась в одном направлении, а другая в противоположном. Они также выяснили, что разные образцы проявляют разную степень закручивания. В образце, состоящем из четырех ячеек самого большого размера он составил два градуса на процент деформации. В образце с минимальным размером и максимальным количеством ячеек величина снизилась в два раза.

Существуют и другие интересные разработки в области механических метаматериалов, к примеру, механический «диод», который под воздействием нагрузок смещается только в одну сторону, или материал, структура которого позволяет достичь теоретически рассчитанного верхнего предела упругости для композитных материалов. Также недавно нидерландские исследователи создали материал, жесткость которого не уменьшается, а увеличивается при увеличении его длины.

Григорий Копиев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.