ENGINEERINGNET.BE - Gewone materialen laten met behulp van mechanische trillingen in elke richting informatie en energie door, zowel gewenst als ongewenst.
Dit gebeurt op elke schaal: het aardoppervlak tijdens een aardbeving is een voorbeeld, maar hetzelfde gebeurt met een aangeslagen gitaarsnaar of met lichaamsweefsel tijdens een echo.
Nu zou het voor allerlei toepassingen enorm nuttig zijn als we konden beschikken over materialen die trillingen in één richting doorlaten, maar niet in een andere.
Materialen die deze ‘eenzijdige voortplanting van beweging’ vertonen, zijn bijvoorbeeld te gebruiken om structuren te bouwen die beter tegen aardbevingen kunnen.
Vier natuurkundigen van de Universiteit van Amsterdam hebben daarom een ‘robotisch’ metamateriaal ontworpen. Elke bouwsteen van dit materiaal is een minuscule robot die in staat is het gedrag van zijn buren te voelen en daarnaar te handelen.
Met behulp van programmeerbare ‘feedback loops’ die dit gedrag mogelijk maken, slaagden de onderzoekers erin om de bewegingssymmetrie in het materiaal te verbreken.
Het resultaat: een willekeurige bouwsteen reageert anders op een verplaatsing van zijn linkerbuur dan op een verplaatsing van de rechter.
Door verschillende bouwstenen met elkaar te verbinden, maakten de onderzoekers een metamateriaal met een unieke eigenschap: golven die zich in dit materiaal voortplanten worden gedempt in de ene richting, maar juist versterkt als ze in de tegenovergestelde richting bewegen.
Het nieuwe robotische materiaal is de sleutel tot de ontwikkeling van systemen die golven geleiden en waarmee ongewenste trillingen op de sterke delen van een structuur gefocust kunnen worden.
Ook is deze eenzijdige versterking bijvoorbeeld te gebruiken om in allerlei situaties overtollige energie in het gareel te houden, of om te zorgen dat nauwkeurige metingen het gemeten object zelf niet verstoren.
Video:
