Elektronische componenten zoals transistors zenden elektrische stromen slechts in één richting uit. Wat als we materialen zouden kunnen maken die vergelijkbare effecten kunnen bereiken voor mechanische trillingen? Voor veel toepassingen, met materialen die trillingen in één richting overbrengen, maar niet in de andere, zou enorm handig zijn. In de natuur, dergelijke materialen bestaan ​​niet, maar een groep natuurkundigen van de Universiteit van Amsterdam heeft nu een metamateriaal ontworpen dat precies dat kan.

Materialen die deze 'unidirectionele overdracht van beweging' laten zien, kunnen, bijvoorbeeld, worden gebruikt om constructies te bouwen die veel beter bestand zijn tegen aardbevingen. Normale materialen zenden informatie en energie - zowel gewenst als ongewenst - in elke richting door middel van mechanische trillingen. Dit gebeurt op alle schalen:het aardoppervlak tijdens een aardbeving is een voorbeeld, maar hetzelfde gebeurt met de snaar van een gitaar als er op wordt getokkeld, of met onze eigen weefsels tijdens een echo.

Robotachtige meta-atomen

In hun nieuwe onderzoek die werd gepubliceerd in Natuurcommunicatie op donderdag, de vier natuurkundigen creëerden een nieuw 'robotachtig' metamateriaal. Elke bouwsteen van dit materiaal is een kleine robot die het gedrag van zijn buren kan voelen en erop kan reageren via lokale feedbacklussen. De onderzoekers hebben deze programmeerbare feedbackloops gebruikt om de symmetrie van beweging te doorbreken. Als resultaat, een gegeven bouwsteen reageert niet op dezelfde manier op de verplaatsing van zijn linkerbuur als op die aan de rechterkant.

Eenrichtingsversterking

Door meerdere van deze bouwstenen samen te voegen, de onderzoekers stelden een metamateriaal samen met een unieke eigenschap:golven die zich door dit materiaal voortplanten, worden gedissipeerd (gedempt) wanneer ze zich in de ene richting voortplanten, maar worden versterkt wanneer ze zich in de tegenovergestelde richting voortplanten. Dit robotmateriaal is de sleutel in de ontwikkeling van nieuwe golfgeleidingssystemen die ongewenste trillingen op sterke delen van constructies kunnen concentreren. Naast het bouwen van solide constructies, de unidirectionele versterking zou kunnen, bijvoorbeeld, worden gebruikt om energie te benutten of hoogwaardige metingen uit te voeren zonder hun omgeving te beïnvloeden.