Nyt metamateriale bryder med mekanikkens love
more_vert
close
close

Vores nyhedsbreve

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Nyt metamateriale bryder med mekanikkens love

Ifølge kontinuummekanikkens love vil et elastisk materiale, der påvirkes af en kraft, ekspandere og trække sig sammen i retninger vinkelret på hinanden, men aldrig dreje.

Det er børnelærdom for maskin­ingeniører, at det kræver en ­maskine at omdanne en lineær, mekanisk bevægelse til en rotation. Men nu har forskere fra Karlsruher Institut für Technologie i Tyskland anført af Martin Wegener udført den tilsyneladende umulige opgave at lave et metamateriale med den besynderlige og uventede opførsel, at det drejer, når det sammenpresses. Metamaterialet. der er beskrevet i en artikel i Science, er en slags mellemting mellem et sædvanligt materiale og en maskine.

Da en tilsvarende effekt kendes fra knogler, er det oplagt at forestille sig, at det nye materiale kan finde anvendelse til proteser, anfører forskerne.

Grundcellen i metamaterialet er fremstillet ved 3D-laser-mikroprintning efter en numerisk optimering, der har fastlagt værdien af de viste parametre. Foto: Science

Selv om det nye metamateriale har usædvanlige egenskaber, er såkaldte martensitiske materialer med en krystalstruktur, der dannes ved diffusionsløs omdannelse, også kendt for at kunne have maskinagtige egenskaber. Det redegjorde to forskere fra USA for i en artikel i Science fra 2005 med titlen The Material Is the Machine

Metamaterialet er opbygget af to strukturer stablet oven på hinanden hver bestående af N celler i bredden og 2N celler i højden. Der er fremstillet fem varianter med N fra 1 til 5. Foto: Science

Corentin Coulais fra universitetet i Amsterdam skriver dog i en kommentar i Science, at de tyske forskeres metode kan vise sig at være den bedste at arbejde videre med, når det drejer sig om nye maskinagtige materialer.

Deformation af en belastet celle: 1) Armene, der forbinder hjørnerne med ringene, bevæger sig nedad. 2) Dette fører til rotation af ringene. 3) Rotationen giver en kraftpåvirkning på hjørnerne, der resulterer i en drejning. Foto: Science

Flere celler giver mindre drejning

Ud fra numeriske optimeringer har de tyske forskere fremstillet metamaterialer opbygget af celler, som vist på grafikken. De har samlet disse til en konstruktion, som består af to strukturer, hver opbygget af (NxNx2N) celler, stablet oven på hinanden.

De har lavet fem varianter af samme totale størrelse (højde: 2.000 mikrometer), hvor antallet af celler går fra 5 (N=1) til 500 (N=5).

Eksperimenterne viser, at konstruktionen opnår en drejning på 2 grader pr. procent længdedeformation (strain) for N=1, og dette falder gradvist ved stigende N til ca. den halve værdi for N=5.

Det er vinklen d, der er bestemmende for cellens drejning, når den er belastet. I forsøgene er benyttet den største mulige værdi for d, når de øvrige parametre er givet. Det er i det aktuelle tilfælde ca. 35 grader.

Forskerne fremstillede også ver­sioner med d = 0 grader, og de efterviste, at i disse tilfælde drejede konstruktionen ikke, når den blev belastet (for alle værdier af N). Helt som teoretisk forventet.

Forskerne noterer til sidst i deres videnskabelige artikel, at de helt generelt har påvist, hvordan man kan realisere elastiske materialer med generaliserede elasticitetstensorer. Det er tidligere teoretisk påvist, at det er nødvendigt for at kunne styre kræfter eller mekaniske bølger uden om forhindringer.

På den måde kan man forestille sig, at nye mekaniske metamaterialer kan blive en slags pendant til de ‘usynlighedskapper’, der tidligere er designet til at skjule materialer for lys eller radiobølger. j

Nyt metamateriale bryder med mekanikkens love

Jeg har svært ved at se at det beskrevne system bryder nogen love. Det er jo kun et spørgsmål om valg af ord, om man kalder det et materiale eller en mekanisme.
Den eneste grund til at kalde det et materiale ville være, at det udgøres af mange ens, små elementer, men så mange synes jeg nu heller ikke der er...

  • 12
  • 1

Det er jo ikke en 'materiale', men en konstruktion.

Jeg kan da også lave en struktur, der drejer når den presses sammen eller trækkes ud: En musetrappe (populær julepynt) opfører sig ligesådan.

Er musetrapper så også et 'materiale der bryder med mekanikkens love'?

  • 15
  • 1

Det er jo ikke en 'materiale', men en konstruktion.

Jeg kan da også lave en struktur, der drejer når den presses sammen eller trækkes ud: En musetrappe (populær julepynt) opfører sig ligesådan.

Er musetrapper så også et 'materiale der bryder med mekanikkens love'?

Jeg er også svært undervældet. Enhver kube lavet ved bare at sætte lægter/pinde sammen i hjørnerne har det da med at tviste (og tilsidst kollapse), når den belastes fra oven. Man lærer hurtigt at sætte krydslægter i.

  • 4
  • 1