ENGINEERINGNET.BE - Het Machine Materials Laboratory van de Universiteit van Amsterdam is gespecialiseerd in het ontwerp van metamaterialen en robotsystemen die op programmeerbare wijze wisselwerken met hun omgeving.
Onderzoekers van dit labo ontwikkelden een metamateriaal met solitonen dat bestaat uit een opeenvolging van roterende staven die met elastiek aan elkaar zijn gekoppeld. Elke staaf is gemonteerd op een kleine motor die een kleine kracht op de staaf uitoefent, een kracht die afhankelijk is van hoe de staaf gedraaid is ten opzichte van zijn buren.
De uitgeoefende kracht hangt af aan welke kant de buurstaaf zich bevindt, waardoor interacties tussen aangrenzende staven niet wederkerig zijn. Ook worden de magneten op de staafjes aangetrokken door naast de ketting geplaatste magneten, op zo’n manier dat elke staaf twee voorkeursposities heeft, naar links of naar rechts gedraaid.
Solitonen in dit metamateriaal zijn de plekken waar links- en rechtsgedraaide delen van de keten samenkomen. De omgekeerde grenzen, tussen rechts- en linksgedraaide ketendelen, zijn zogeheten anti-solitonen.
Wanneer de motoren in de ketting uitstaan, kunnen de solitonen en anti-solitonen handmatig in beide richtingen worden geduwd. Maar zodra de motoren, en daarmee de niet-wederkerige interacties, worden aangezet, bewegen de solitonen en anti-solitonen automatisch langs de keten.
Ze bewegen allebei in dezelfde richting, met een snelheid die wordt bepaald door de niet-wederkerigheid die door de motoren wordt opgelegd. De niet-wederkerige interacties zorgen er voor dat het 'omvallen', zoals dominostenen dat doen, slechts in één richting kan gebeuren.
Ook zet een soliton dat langs het metamateriaal beweegt de ketting klaar voor een anti-soliton dat in dezelfde richting kan bewegen. Zo kan een willekeurig aantal afwisselende solitonen en anti-solitonen door de keten bewegen, zonder dat het nodig is om de keten te resetten.
Het mechanisme waaruit het eenrichtingsverkeer van solitonen voortkomt, is bruikbaar voor het aansturen van de beweging van golven of om een metamateriaal te voorzien van een basale vorm van informatieverwerkingsvermogen.
Toekomstige robots kunnen topologische solitonen ook gebruiken voor bijvoorbeeld voortbeweging, het uitzenden van signalen, en het herkennen van hun omgeving. Deze functionaliteiten zouden dan niet vanuit een centraal punt worden aangestuurd, maar voortkomen uit de som van de actieve delen van de robot.
