Het begon allemaal met een wankele wasmachine. Pedro Reis, hoofd van het Flexible Structures Laboratory van EPFL's School of Engineering, rol een stuk stof op en plaats het onder de machine om te voorkomen dat het beweegt. Nadat hij zag hoe goed de opgerolde stof werkte als trillingsdemper, hij ging nadenken. Hij sprak met Samuel Poincloux, een postdoc in zijn lab, over zijn idee en ze realiseerden zich al snel dat de fysica achter een stuk opgerold materiaal dat vervorming ondergaat eigenlijk vrij niet-triviaal is. Ze gingen aan de slag om het proces te modelleren, maar gezien alle verschillende betrokken variabelen, ze besloten het probleem eerst te vereenvoudigen. In plaats van opgerolde stof te gebruiken, ze begonnen met een gelaagd object met een vergelijkbare geometrie:een boek. "Voor onze experimenten, we gebruikten flexibele plastic vellen die we opstapelden als de pagina's in een boek, zodat we hun collectieve eigenschappen konden aanpassen en meten, ' zegt Poincloux.

Een boek buigen

De ingenieurs keken in het bijzonder naar twee factoren:de hoeveelheid kracht die nodig is om een ​​stapel platen te buigen, en de beste manier om de energie te meten die verloren gaat door wrijving tussen paren aangrenzende platen. Om de eerste factor te beoordelen, ze ontwikkelden een experimentele opstelling die de gestapelde vellen kon buigen en de benodigde hoeveelheid kracht kon meten. "We dachten aanvankelijk dat de kracht die nodig was om twee platen te buigen gewoon twee keer zo groot was als die van één plaat, " zegt Poincloux. "Maar we ontdekten dat wanneer je meerdere vellen op elkaar hebt gestapeld, de vergelijking is niet langer lineair vanwege de wrijvingsinteractie tussen de platen. Dat betekent dat de weerstand tegen vervorming sneller toeneemt dan het aantal platen."

Wrijving aanpakken

Vervolgens pakten ze het probleem van wrijving aan. "We wisten dat er energie werd afgevoerd toen we de platen vervormden, maar we wilden precies kunnen meten en voorspellen hoeveel, ", zegt Poincloux. Hij en Reis probeerden eerst computermodellen te gebruiken, maar ontdekten dat de meeste niet volledig verantwoordelijk zijn voor wrijving in configuraties met veel interfaces. "Een boek buigen - of in ons geval, stapels plastic platen - creëert wrijvingskrachten tussen de afzonderlijke platen. Die wrijving kan niet worden verwaarloosd, "zegt Poincloux. "We hebben enkele methoden om wrijvingsdissipatie te meten, maar geen bestaand wiskundig model dat we zouden kunnen gebruiken." De EPFL-ingenieurs namen daarom contact op met Basile Audoly, een onderzoeker aan de École Polytechnique, om te putten uit zijn werk bij het modelleren van zeer flexibele structuren. Het onderzoeksteam was uiteindelijk in staat om de resultaten van hun laboratoriumexperimenten te voorspellen met behulp van een nieuwe theorie die het effect van wrijving omvat. "Ons werk zou kunnen dienen als basis voor het beschrijven van het gedrag van meerlaagse materialen zoals grafeen, of zelfs geologische lagen, ' zegt Poincloux.

De ingenieurs hopen ook dat hun ontdekking onderzoekers kan helpen de mechanismen van schokabsorptie beter te begrijpen en effectievere dempers te ontwerpen. zoals matrassen en matten, met afstembare energiedissipatie.