Wanneer een materiaal wordt gemaakt, je kunt meestal niet veranderen of dat materiaal hard of zacht is. Maar een groep onderzoekers van de Universiteit van Michigan heeft een nieuwe manier ontwikkeld om een ​​"metamateriaal" te ontwerpen waarmee het materiaal kan wisselen tussen hard en zacht zonder het materiaal zelf te beschadigen of te veranderen.

Metamaterialen zijn door de mens gemaakte materialen die hun eigenschappen krijgen - in dit geval of een materiaal hard of zacht is - van de manier waarop het materiaal is geconstrueerd in plaats van het materiaal waaruit het is opgebouwd. Hierdoor kunnen onderzoekers de structuur van een metamateriaal manipuleren om het materiaal een bepaalde eigenschap te laten vertonen.

In de studie van de groep gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie , de UM-onderzoekers ontdekten een manier om een ​​metamateriaal samen te stellen dat gemakkelijk kan worden gemanipuleerd om de stijfheid van het oppervlak met orden van grootte te vergroten - het verschil tussen rubber en staal.

Aangezien deze eigenschappen "topologisch beschermd zijn, " wat betekent dat de eigenschappen van het materiaal voortkomen uit de totale structuur, ze zijn gemakkelijk te onderhouden, zelfs als het materiaal herhaaldelijk verschuift tussen zijn harde en zachte toestand.

"Het nieuwe aspect van dit metamateriaal is dat het oppervlak kan veranderen tussen hard en zacht, " zei Xiaoming Mao, assistent-hoogleraar natuurkunde. "Gebruikelijk, het is moeilijk om de stijfheid van een traditioneel materiaal te veranderen. Het is hard of zacht nadat het materiaal is gemaakt."

Bijvoorbeeld, een tandvulling kan niet worden gewijzigd nadat de tandarts de vulling heeft ingesteld zonder stress te veroorzaken, hetzij door te boren of te slijpen, naar de originele vulling. Een gitaarsnaar kan niet worden aangespannen zonder de snaar zelf te belasten, volgens Mao.

Mao zegt dat de manier waarop een object in contact komt met de rand van het metamateriaal de geometrie van de structuur van het materiaal verandert, en dus hoe het materiaal reageert op spanning aan de rand. Maar de topologische bescherming van metamateriaal zorgt ervoor dat de binnenkant van het metamateriaal schadevrij blijft.

Het materiaal zou ooit kunnen worden gebruikt om auto's of raketlanceersystemen te bouwen. Bij auto's, het materiaal kan helpen bij het absorberen van schokken van een crash.

"Als je auto rijdt, je wilt dat de auto stijf is en een last kan dragen, ' zei Mao. 'Tijdens een aanrijding, je wilt dat onderdelen zachter worden om de energie van de botsing te absorberen en de passagier in de auto te beschermen."

De onderzoekers suggereren ook dat het materiaal kan worden gebruikt om fietsbanden te maken die zichzelf kunnen aanpassen om gemakkelijker te rijden op zachte oppervlakken zoals zand, of om schadebestendig te maken, herbruikbare raketten.