Метаматериал превратит поступательное движение во вращательное

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