В США создан стройматериал будущего с безграничными возможностями трансформации

В Гарвардской школе инженерии и прикладных наук им. Полсона (SEAS) разработан материал с практически бесконечными возможностями трансформации и масштабирования, который можно применять как в биотехнологии и робототехнике, так и в строительстве и архитектуре.

Современные меняющие форму конструкции и материалы имеют только по несколько стабильных конфигураций. Ученые придумали, как можно создавать конструкционные материалы, имеющие произвольный диапазон возможностей изменений форм, рассказал профессор организмической и эволюционной биологии и физики и прикладной математики SEAS Лакшминараянан Махадеван. В этих структурах можно независимо управлять механикой и геометрией, создавая инженерные функциональные формы с изменяемыми элементарными ячейками нового типа.

Среди основных проблем разработки изменяющих форму материалов – необходимость уравновесить кажущиеся противоречивыми требования к жесткости и приспосабливаемости. Приспосабливаемость (конформность) позволяет преобразовывать форму, а жесткость нужна для ее сохранения.

Ученые экспериментировали с нейтрально устойчивыми элементарными ячейками с парой жестких элементов, рычагом, стойкой и парой пружин. Такая комбинация уравновешивала энергию ячеек, делая их нейтрально стабильными. Это значит, они смогли переходить между практически бесконечным числом положений, сохраняя стабильность в любом из них.

Нейтрально стабильные элементарные ячейки позволяют разделять геометрию и механическую реакцию материала на разных уровнях, пояснил научный сотрудник SEAS Гаурав Чаудхари. Геометрия элементарных ячеек меняется с помощью изменения общего размера, длины одиночных подвижных стоек или упругого отклика.

Ученые назвали разработку «тотиморфный материал» за способность трансформации в любые стабильные формы. Соединив элементарные отдельные ячейки и естественно стабильные суставы, ученые создали из тотиморфных клеток 2- и 3-мерные структуры.

Благодаря геометрической основе тотиморфный материал можно уменьшать для использования в биотехнологии и робототехнике и увеличивать для применении в архитектуре и строительстве. Создание тотиморфов открывает путь разработки нового класса материалов с контролируемой в различных масштабах деформационной реакцией.

Hi-Tech Mail.ru