ENGINEERINGNET.BE - Solitonen komen voor in de optica, in magnetische velden en in vele andere takken van de natuurkunde waar golfverschijnselen een rol spelen.
In tegenstelling tot typische golven die zich over de ruimte verspreiden en daarbij in sterkte afnemen, verplaatsen solitonen zich als deeltjes en behouden ze hun golfvorm over lange afstanden.
In systemen in de echte wereld, waar wrijving of energieverlies onvermijdelijk is, overleven zulke solitonen meestal niet heel lang.
Natuurkundigen van de Universiteit van Amsterdam hebben nu een manier gevonden om een speciaal soort soliton te creëren, een zogenaamd ademend soliton, en om de golf gedurende een lange periode in stand te houden, zelfs in systemen waar energie niet behouden is.
Hiertoe bouwden de onderzoekers een systeem van actieve mechanische oscillatoren: kleine staafjes die kunnen draaien, aangedreven door individuele, minuscule motortjes, en die zijn verbonden door elastiekjes.
Wanneer een oscillator in beweging komt, beweegt zijn buurman ook, en zo kunnen golven ontstaan, inclusief solitonische.
De specifieke oscillatoren die in de experimenten zijn gebruikt, kunnen elkaar op een niet-reciproke manier beïnvloeden. Dat wil zeggen dat een oscillator zijn buurman anders beïnvloedt dan de buurman met de oorspronkelijke oscillator doet.
Toen de natuurkundigen onderzochten hoe deze niet-reciproke interacties het gedrag van solitonen beïnvloedden, ontdekten ze dat asymmetrie de sleutel was tot langlevende solitonen.
Dit zorgde ervoor dat de solitonische golf kon versnellen en in een constante, onveranderlijke beweging kon komen, zonder zijn vorm of energie te verliezen.
Het was altijd heel lastig geweest om dit waargenomen gedrag te bereiken met zogenaamde ademende solitonen die constant van vorm veranderen tijdens hun beweging. Toch was dat precies wat de onderzoekers nu zagen: een aanhoudend, ademend soliton.
Aanhoudende solitonische golven kunnen worden gebruikt om signalen of energie efficiënt te transporteren, wat ze veelbelovend maakt voor toepassingen in sensoren, energieopwekkende apparaten en robotsystemen.
De natuurkundigen onderzoeken nu hoe vergelijkbare golven zich gedragen in 2D-oppervlakken van niet-reciproke oscillatoren.
Dit opent nieuwe mogelijkheden voor de ontwikkeling van slimme materialen die gebruikmaken van stabiele, zichzelf in stand houdende golfbewegingen.
Een stap in de richting van adaptieve systemen die betrouwbaar functioneren in allerlei dynamische omgevingen.
