stealth-technologie, het idee om het vermogen van de vijand om een ​​object te detecteren te verminderen, heeft decennialang geleid tot vooruitgang in militair onderzoek. Vandaag, vliegtuigen, marineschepen en onderzeeërs, raketten en satellieten zijn vaak bedekt met radarabsorberend materiaal, zoals verf, om ze te verbergen of te verbergen voor de radar, sonar, infrarood en andere detectiemethoden. Een mantel is een coatingmateriaal waardoor een object niet te onderscheiden is van zijn omgeving of niet detecteerbaar is door externe veldmetingen.

Guoliang Huang, de James C. Dowell Professor in de afdeling Mechanische en Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek, zei dat dit soort verhulmaterialen volwassen zijn, in technische zin, omdat de eigenschappen van akoestische (radar, sonar) en optische golven (infrarood) zijn goed begrepen. Echter, Huang zei dat weinig tot geen werk erin is geslaagd het probleem van verhulling van elastische golven in vaste media op te lossen. zoals een seismische golf die zich door de grond voortplant. Onlangs, Huang, samen met zijn voormalige postdoc en studenten assistent-professor Hussein Nassar en onderzoeksassistent-professor Yangyang Chen, heeft een nieuw metamateriaal ontworpen en gemaakt, een kunstmatig gestructureerd materiaal, dat "perfecte" elastische materiaalbekleding bereikt.

"Dit materiaal is zowel theoretisch als experimenteel - we hebben het in ons laboratorium gemaakt, Huang zei. "We noemen het 'polair materiaal' omdat we ons realiseerden dat het een intern koppel heeft. Wij zijn de eersten die de principes van dit materiaal voorstellen en ook de eersten die dit materiaal ontwerpen en fabriceren. Het begrip is, als je een object hebt dat je onzichtbaar wilt maken, je ontwerpt een soort coatingmateriaal rond het object, zodat wanneer een golf het object raakt, als het zonder breking rond het materiaal gaat."

Bijvoorbeeld, een radar genereert een radargolf, een akoestische golf, dat breekt als het een onderzeeër raakt, zichtbaar maken. Maar als die onderzeeër bedekt is met verhulmateriaal, de radargolf zal niet breken en de sub kan niet worden gedetecteerd.

"Als je iets wilt verbergen in solide media, dit is anders, " zei Huang. "In solide media, de golf is ingewikkelder dan de radargolf omdat we in vaste media niet alleen een compressiegolf hebben, maar ook een schuifgolf. In de civiele techniek, we hebben te maken met aardbevingen - seismische golven, die longitudinale en shear golven hebben, en de meeste schade wordt veroorzaakt door de schuifgolf."

Fundamentele doorbraak

Huang zei dat er geen natuurlijk materiaal is dat voldoet aan het al lang bestaande probleem van transformatie-invariantie, waarbij niet-standaard eigenschappen nodig zijn na bepaalde transformaties. Hij zei dat het uiteindelijke doel van zijn onderzoek is om te modelleren, ontwerp en fabriceer materialen die deze 'gedragskloof' zullen opvullen. De nieuwe klasse van verhulde of polaire materialen die zijn team creëerde, bestaat uit een functioneel gegradeerd rooster ingebed in een isotrope continuümachtergrond. De lagen werden 3D-geprint en handmatig geassembleerd.

"We hebben experimenteel en numeriek de kenmerken van de voorgestelde mantel onderzocht en hebben zeer goede mantelprestaties gevonden onder zowel spannings- als schuifbelastingen, " Huang schreef in zijn krant, een van de twee onderzoekspapers die Huang en zijn team hadden gepubliceerd door de Physical Review of Letters over het onderwerp polaire materialen.

Naast het beschermen van constructies tegen seismische golven, Huang zei dat een andere mogelijke toepassing van het nieuwe metamateriaal het onderdrukken van trillingen op motoren zou zijn om het geluid te verminderen.

"Niemand is in 20 jaar in staat geweest om een ​​perfect mantelmateriaal in elastische media te ontwerpen, totdat we dit nieuwe materiaal produceerden, " zei Huang. "Voor ons, het is een fundamentele doorbraak. We gebruikten 3D-printen om dit materiaal te maken voor eenvoudige laboratoriumdemonstraties, maar dit principe kan met elk materiaal worden gebruikt. Metamateriaal is een gestructureerd materiaal - de eigenschappen worden gerealiseerd door de structuur."

"De resultaten die het team van de Universiteit van Missouri onlangs heeft gepubliceerd, zijn bemoedigend, " zei dr. Dan Cole, programma manager, Legeronderzoeksbureau, een onderdeel van het Army Research Laboratory van het Amerikaanse leger Combat Capabilities Development Command. "Dit onderzoek zou kunnen leiden tot nieuwe strategieën om mechanische golven weg te sturen van kritieke gebieden in vaste objecten, die nieuwe mogelijkheden in soldaat bescherming en manoeuvres mogelijk zou kunnen maken."

De studies, "Polar Metamaterials:A New Outlook on Resonance for Cloaking Applications" en "Physical Realization of Elastic Cloaking with a Polar Material, " zijn gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , een tijdschrift van de American Physical Society.