Ten metamateriał może zrewolucjonizować wiele branż

Nowy metamateriał, który może pochłaniać i uwalniać ogromne ilości energii

Naukowcy opracowali gumopodobny metamateriał o zaskakujących właściwościach. Może on pochłaniać i uwalniać duże ilości energii, a przy tym jest programowalny.

Zespół uczonych z University of Massachusetts Amherst stworzył materiał, który może zrewolucjonizować wiele dziedzin, począwszy od robotyki, po nowe materiały ochronne – na pancerze czy kaski motocyklowe. Potencjalnych zastosowań jest naprawdę wiele, a popuszczając wodze fantazji można dojść do wielu projektów rodem z filmów science fiction.

Wyobraźmy sobie gumową taśmę. Pociągasz ją do siebie, a kiedy ją puszczasz, leci przez cały pokój. Teraz wyobraźmy sobie supergumkę. Kiedy rozciągasz ją powyżej pewnego punktu, aktywujesz dodatkową energię zmagazynowaną w materiale. Kiedy puszczasz tę gumkę, leci ona na kilometr.

prof. Alfred Crosby z UMass Amherst, główny autor pracy

Takie rzeczy byłyby możliwe, gdyby wspomniana gumka była zrobiona z nowego metamateriału. Tym mianem określamy substancje obdarzone specyficznymi właściwościami, które naturalnie nie występują w przyrodzie. Metamateriały wykorzystują właściwość fizyczną znaną jako przesunięcie fazowe, aby zwiększyć ilości energii pochłoniętej lub uwolnionej.

Czytaj też: Ten akustyczny metamateriał blokuje do 94% hałasu, ale przepuszcza powietrze

Przesunięcie fazowe obserwujemy, gdy materiał przechodzi z jednego stanu do drugiego, np. woda w stanie ciekłym zamieniająca się w lód lub płynny beton twardniejący na wylewce. Za każdym razem, gdy występuje przesunięcie fazowe, dany obiekt uwalnia lub absorbuje jakąś energię. Warto wspomnieć, że przesunięcia fazowe mogą występować między tymi samymi stanami skupienia, np. z jednej fazy stałej w inną.

Aby wzmocnić uwalnianie lub pochłanianie energii, trzeba stworzyć nową strukturę na poziomie molekularnym lub nawet atomowym. Jest to jednak trudne do wykonania, a jeszcze trudniejsze do wykonania w przewidywalny sposób. Jednak dzięki zastosowaniu metamateriałów, udało nam się pokonać te wyzwania i nie tylko stworzyć nowe materiały, ale także opracować algorytmy projektowania, które pozwalają na zaprogramowanie tych materiałów z określonymi reakcjami, co czyni je przewidywalnymi.

prof. Alfred Crosby

Co ciekawe, zespół prof. Crosby’ego zainspirował się niektórymi błyskawicznymi reakcjami obserwowanymi w naturze, np. zatrzaskiwaniem się muchołówek wenusjańskich czy szczęk mrówek.

Przenieśliśmy to na wyższy poziom. Wbudowując maleńkie magnesy w elastyczny materiał, możemy kontrolować przejścia fazowe tego metamateriału. A ponieważ przesunięcie fazowe jest przewidywalne i powtarzalne, możemy zaprojektować metamateriał tak, aby robił dokładnie to, co chcemy: albo pochłaniał energię z dużego uderzenia, albo uwalniał duże ilości energii dla ruchu wybuchowego.

prof. Xudong Liang, obecnie z Harbin Institute of Technology, który pracował przy projekcie w UMass Amherst

Wynikami badań naukowców z UMass Amherst poważnie interesuje się amerykańska armia. Projektowi przygląda się także DARPA i NASA. O nowym metamateriale można przeczytać w PNAS.