ENGINEERINGNET.BE - De wetenschappers ontdekten een intuïtieve meetkundige beschrijving van de uitgesproken, niet-lineaire ‘zachte’ vervormingen, en tonen hoe ze elk van die vervormingen kunnen activeren met behulp van minimale input.
Metamaterialen – materialen die niet in de natuur aangetroffen worden, maar die in het laboratorium worden gemaakt – zijn afhankelijk van scharnieren, gaten, vouwen en andere flexibele ingrediënten, waarmee ze een scala aan tegenintuïtieve natuurkunde kunnen tentoonspreiden.
Veel van het nieuwe gedrag komt voort uit de ontwikkeling van ‘auxetische’ materialen, die de neiging hebben om in alle richtingen te krimpen als ze samengeperst worden, en niet in een bepaalde richting uitstulpen zoals we gewend zijn.
Het zogeheten “Rotating Squares”-metamateriaal is in een van de meest gangbare en intuïtieve voorbeelden van zulk gedrag. Hoewel het Rotating Squares-materiaal al veel bestudeerd is, ontdekken onderzoekers nog altijd geheel nieuwe en krachtige fysica ervan.
De nieuwe resultaten zijn gebaseerd op de observatie dat maximaal auxetische materialen zoals het Rotating Squares-materiaal op een conforme manier vervormen.
Conforme vervorming betekent dat elke hoek die je op een materiaal tekent er voor en na de vervorming exact hetzelfde uitziet. Voor wiskundigen kan dit erg nuttig zijn bij het bestuderen en beschrijven van het gedrag van een materiaal.
Om die reden toonden de onderzoekers nauwkeurig aan dat vervormingen als gevolg van een serie willekeurige ‘belastingen’ van het materiaal tot op hoge precisie de conforme eigenschap hebben.
Dit inzicht leidt tot diverse theoretische stappen voorwaarts in de beschrijving van het materiaal. Het eindproduct was een recept om een willekeurige conforme vervorming van het hele materiaal te kunnen kiezen en terug te rekenen naar hoe die vervorming is te veroorzaken door het manipuleren van veren in de rand.
Door de lengtes van de veren variabel te kiezen kan de gehele vorm van het materiaal gekozen worden uit een oneindig scala aan mogelijkheden.
De gecontroleerde vervorming wordt nog beperkt door de essentie van conforme vervormingen – de enig toegestane – en door de bewegingen die de Rotating Squares-structuur vanuit zijn begintoestand kan maken.
Dit soort ontwikkelingen zullen essentieel zijn in pogingen om zachte microscopische robots te ontwikkelen die van buitenaf aan te sturen zijn, om bijvoorbeeld door een lichaam te kruipen en niet-invasieve operaties uit te voeren.
