Материал с переменными характеристиками


Помните в кинофильме «Вспомнить все» герой Шварценеггера проходит таможню и, как только его обнаруживают, на глазах меняет свой облик? Или фараон меняет свой защитный костюм в сериале «Звездные врата»? Или в «Пятом элементе» меняют облик мангалоры, космические наемники безжалостного Зорга?

В общем то, что происходит на экране с мгновенным преображением героев кажется нам выдумкой, фантастикой. Но на самом деле ученые давно уже бьются над созданием материалов с переменными характеристиками.

В течение последних 20 лет интерсивно ведется разработка таких метаматериалов, то есть материалов, которые не встречаются в природе и чьи механические свойства являются результатом их спроектированной структуры, а не их химического состава. Эти исследования направлены на создание материалов с определенными свойствами и формами.

Метаматериалы до сих пор не используются широко в повседневных предметах, но вскоре ситуация может измениться. Тиан Чен, докторант в двух лабораториях EPFL - лаборатории гибких конструкций, возглавляемой Педро Рейсом, и лаборатории геометрических вычислений, возглавляемой Марком Поли, - сделал еще один шаг вперед в отношении метаматериалов, разработав один уникальный материал, механические свойства которого можно перепрограммировать после того, как материал был изготовлен.

Исследование этих ученых опубликовано в журнале Nature .
Невероятно, но факт! Создан единый материал с несколькими механическими функциями. Это фантастика, но материал способен принимать такие качества на которые мы его программируем.

«Мне было интересно, есть ли способ изменить внутреннюю геометрию структуры материала после того, как он был создан», - говорит Чен. «Идея заключалась в разработке единого материала, который мог бы демонстрировать ряд физических свойств, таких как жесткость и прочность, чтобы материалы не приходилось заменять каждый раз. Например, когда вы выкручиваете лодыжку, вам сначала нужно носить жесткую шину, чтобы удерживать лодыжку на месте. Потом по мере заживления можно переходить на более гибкий бандаж. Если сегодня вам нужно для этого заменить всю шину, то с появлением такого программируемого материала есть надежда, что однажды один материал сможет выполнять обе функции».

Кремний и магнитный порошок

Метаматериал Чена состоит из кремния и магнитного порошка и имеет сложную структуру, которая позволяет изменять механические свойства. Каждая ячейка в структуре ведет себя как электрический выключатель. «Вы можете активировать и деактивировать отдельные клетки, применяя магнитное поле. Это изменяет внутреннее состояние метаматериала и, следовательно, его механические свойства », - говорит Чен. Он объясняет, что его программируемый материал аналогичен компьютерным устройствам, таким как жесткие диски. Эти устройства содержат биты данных, которые можно записывать и считывать в режиме реального времени. Ячейки в его программируемом метаматериале, называемые m-битами, работают как биты на жестком диске - их можно включать, делая материал более жестким, или выключать, делая его более гибким.

https://mir-s3-cdn-cf.behance.net/project_modules/disp/018d2727952565.5636d4e7027e2.JPG![](">

Для разработки своего материала Чен использовал методы как компьютерных наук, так и машиностроения. «Это то, что делает проект Чена таким особенным, - говорит Паули. «Ведь Чен также потратил много времени на тестирование своего материала в каждом из его состояний. Он обнаружил, что его действительно можно запрограммировать на достижение различной степени жесткости, деформации и прочности».

Создание такого материала открывает для исследователей и технологов множество новых направлений для исследований.

Программируемые метаматериалы похожи на машины, такие как роботы, в которых используются сложные энергоемкие электронные механизмы. В своих исследованиях Чен стремится найти правильный баланс между статическими материалами и машинами. Рейс видит большой потенциал для дальнейших исследований с использованием технологии Чена. «Мы могли бы разработать метод создания трехмерных структур, поскольку то, что мы делали до сих пор, было только в 2D», - говорит Рейс. «Или мы могли бы уменьшить масштаб, чтобы получать еще меньшие метаматериалы». Открытие Чена знаменует собой фундаментальный шаг вперед, так как впервые ученые разработали действительно перепрограммируемый механический метаматериал. Это открывает много интересных возможностей для исследований и передовых промышленных приложений.

Конечно, пока это еще только лабораторные исследования и до промышленного применения метаматериалов Чена еще очень далеко, но уже понятно, что это новая веха в развитии промышленности, которая сулит невиданные технологические прорывы.


Comments 3


@peshehod, Скоро наверное такие материалы будут использовать для быстрого изменения пола. Намагнитил частички и ты мужчина, размагнитил и ты женщина. А то сейчас это как-то кустарно получается. Человек говорит, что он женщина, а выглядит как мужик. 😊

21.02.2021 13:56
0

@mgaft1, Только не это:)) Итак уже задурили головы молодежи, предлагая самим делать выбор... Просто ужас :))

21.02.2021 19:31
0