Wat hebben een vlo en een arend gemeen? Ze kunnen energie in hun voeten opslaan zonder voortdurend hun spieren te hoeven aanspannen om vervolgens hoog te springen of een prooi vast te houden. Nu hebben wetenschappers van de Queen Mary University of London en University of Cambridge materialen gemaakt die op deze manier energie kunnen opslaan, herhaaldelijk worden geperst zonder schade, en zelfs van vorm veranderen als dat nodig is.

Dit soort materialen worden auxetica genoemd en gedragen zich heel anders dan gewone materialen. In plaats van uit te puilen als je erin knijpt, ze storten in alle richtingen in, de energie binnen op te slaan.

Huidige auxetische materiaalontwerpen hebben scherpe hoeken waardoor ze op zichzelf kunnen vouwen, hogere dichtheid bereiken. Dit is een eigenschap die recentelijk is erkend in lichtgewicht pantserontwerpen, waar het materiaal bij een botsing kan instorten voor een kogel. Dit is belangrijk omdat massa voor een kogel de grootste factor is in de effectiviteit van bepantsering.

De scherpe hoeken concentreren ook krachten en zorgen ervoor dat het materiaal breekt als er meerdere keren op wordt gedrukt. wat geen probleem is voor bepantsering, omdat het slechts is ontworpen om één keer te worden gebruikt.

In dit onderzoek, gepubliceerd in Grenzen in materialen , het team van wetenschappers heeft de materialen opnieuw ontworpen met vloeiende rondingen die de krachten verdelen en herhaalde vervormingen mogelijk maken voor andere toepassingen waar energieopslag en vormveranderende materiaaleigenschappen vereist zijn.

Het werk legt de basis voor ontwerpen van lichtgewicht 3D-dragers, die ook op specifieke manieren vouwen en energie opslaan die op verzoek kan worden vrijgegeven.

Hoofdonderzoeker Dr. Stoyan Smoukov, van de Queen Mary University in Londen, zei:"De opwindende toekomst van nieuwe materiaalontwerpen is dat ze apparaten en robots kunnen gaan vervangen. Alle slimme functionaliteit is ingebed in het materiaal, bijvoorbeeld de herhaalde mogelijkheid om objecten vast te grijpen zoals adelaars zich vastklampen aan prooien, en houd een bankschroef-achtige greep zonder meer kracht of inspanning te besteden."

Het team verwacht dat zijn op de natuur geïnspireerde ontwerpen kunnen worden gebruikt in energiezuinige grijpgereedschappen die in de industrie nodig zijn, herconfigureerbare shape-on-demand materialen, en zelfs roosters met een uniek thermisch uitzettingsgedrag.

Eesha Khare, een bezoekende niet-gegradueerde student van de Harvard University die een belangrijke rol speelde bij het definiëren van het project, toegevoegd:"Een groot probleem voor materialen die worden blootgesteld aan zware omstandigheden, zoals hoge temperatuur, is hun uitbreiding. Een materiaal kan nu zo worden ontworpen dat de uitzettingseigenschappen ervan continu variëren om te passen bij een temperatuurgradiënt die zich verder en dichter bij een warmtebron bevindt. Op deze manier, het zal zich op natuurlijke wijze kunnen aanpassen aan herhaalde en ernstige veranderingen."

De flexibele auxetische materiaalontwerpen, die voorheen niet mogelijk waren, werden speciaal aangepast om gemakkelijk 3D-geprint te kunnen worden, een functie die de auteurs essentieel achten.

Dr. Smoukov voegde toe:"Door dingen laag voor laag van onder naar boven te laten groeien, de mogelijke materiële structuren worden meestal beperkt door verbeeldingskracht, en we kunnen gemakkelijk profiteren van de inspiratie die we uit de natuur halen."