Älymateriaali haastaa Newtonin liikelain

Missourin yliopiston tutkijat suunnittelivat prototyypin pienestä, kevyestä aktiivisesta "metamateriaalista", joka voi hallita energia-aaltojen suuntaa ja intensiteettiä.

Yli 10 vuoden ajan Guoliang Huang Missourin yliopistossa, on tutkinut "metamateriaalien" epätavallisia ominaisuuksia – keinotekoista materiaalia, jolla on ominaisuuksia, joita ei yleensä esiinny luonnossa. Siten tämä älymateriaalin prototyyppi haastaa Newtonin liikelait.

Huangin tavoitteena on auttaa hallitsemaan "elastisia" energia-aaltoja, jotka kulkevat suurempien rakenteiden kautta - kuten lentokoneissa - ilman valoa ja pieniä "metarakenteita".

"Olen työskennellyt monta vuotta sen haasteen parissa, kuinka käyttää matemaattista mekaniikkaa teknisten ongelmien ratkaisemiseen", Huang sanoi. "Perinteisillä menetelmillä on monia rajoituksia, mukaan lukien koko ja paino. Olen siten tutkinut, kuinka voimme löytää vaihtoehtoisen ratkaisun käyttämällä kevyttä materiaalia, joka on myös pieni, mutta pystyy silti valvomaan suuremmasta rakenteesta, kuten lentokoneesta, tulevaa matalataajuista värinää.

Nyt Huang on askeleen lähempänä tavoitettaan. Huang ja kollegat ovat kehittäneet prototyypin metamateriaalista, joka ohjaa kiinteän materiaalin läpi kulkevien energia-aaltojen suuntaa ja intensiteettiä sähköisten signaalien avulla.

Hänen innovatiivisen suunnittelunsa mahdollisia sovelluksia ovat sotilaalliset ja kaupalliset käyttötarkoitukset, kuten tutka-aaltojen ohjaaminen ohjaamalla ne skannaamaan tietyltä alueelta esinettä tai hallitsemaan ilma-aluksen ilmapyörteen aiheuttamaa tärinää lennon aikana.

"Tällä metamateriaalilla on outo massatiheys", Huang sanoi. "Joten voima ja kiihtyvyys eivät kulje samaan suuntaan, mikä tarjoaa meille epätavallisen tavan mukauttaa kohteen rakennedynamiikan suunnittelua tai ominaisuuksia ja haastaa Newtonin toinen laki." Tämä on ensimmäinen fyysinen oivallus parittomasta massatiheydestä, Huang sanoo yliopistonsa tiedotteessa.

"Tämä metamateriaali voisi esimerkiksi olla hyödyllinen siviilirakenteiden, kuten siltojen ja putkistojen, kunnon seurannassa aktiivisina muuntimina auttamalla tunnistamaan mahdolliset vauriot, joita voi olla vaikea nähdä ihmissilmällä."

Tutkimustyö: Active metamaterials for realizing odd mass density

Aiheesta aiemmin: