Met hun vinding breken de onderzoekers met het principe van reciprociteit in mechanische systemen. Reciprociteit bepaalt hoe licht, radiosignalen, geluid en beweging zich voortplanten door een materiaal. Het zorgt ervoor dat wanneer je een signaal kunt sturen, je het ook kunt ontvangen. Reciprociteit betekent bovendien symmetrie: als we een zacht materiaal indrukken aan de linkerkant en dit leidt tot een bepaalde mate van beweging aan de rechterzijde, dan mogen we dezelfde mate van beweging verwachten aan de linkerkant bij druk van rechts.
Corentin Coulais (Amolf/Universiteit Leiden), Dimitrios Sounas en Andrea Alù (UT Austin) zijn er met hun materiaal als eerste in geslaagd om reciprociteit in een zacht materiaal terzijde te schuiven. Het materiaal verspreidt beweging in de ene richting en blokkeert het van de andere kant. Coulais: "We hebben een zogenoemd metamateriaal ontworpen dat zich bijzonder gedraagt dankzij zijn vorm: een platte, rubberen structuur met gaatjes in een zorgvuldig uitgekozen patroon. Ieder onderdeel in het ontwerp leunt enigszins naar rechts; dit is een belangrijke voorwaarde om het gewenste effect te bereiken.
Ondanks het verfijnde patroon is de werking van het metamateriaal onmiskenbaar. Na het indrukken aan de rechterkant ontstaat eenvoudig een beweging in de structuur, maar die blijft beperkt tot de directe omgeving en het effect op de linkerkant is verwaarloosbaar. Als de linkerkant echter met evenveel kracht wordt ingedrukt is het effect veel sterker en ontstaat een beweging door het hele materiaal. De onderzoekers ontdekten vervolgens ook nog een manier om hun metamateriaal zó gevoelig te maken dat het zelfs onder minimale druk hetzelfde gedrag vertoont.
"Metamaterialen worden steeds vaker toegepast", zegt de in Texas gestationeerde Alù. "Denk bijvoorbeeld aan metamaterialen die radiogolven ombuigen of lichtgolven manipuleren in optische communicatiesystemen. Ons onderzoek maakt het mogelijk schokken te blokkeren of juist te verspreiden afhankelijk van waar de beweging vandaan komt, en dit kan goed van pas komen in bijvoorbeeld zachte robotica, prothesen of bij het opwekken van energie. We kijken ernaar uit om het metamateriaal verder te ontwikkelen en zo geschikt te maken voor een van de mogelijke toepassingen."
Corentin Coulais, Dimitrios Sounas, Andrea Alù, Static Non-Reciprocity in Mechanical Metamaterials, Nature, doi: 10.1038/nature21044.
Bijschrift
De Duitse fabrikant van houten windturbinebladen Voodin Blade Technology heeft 's werelds eerste prototype-installatie aangekondigd…
FME en Orgalim (de Europese koepel van de technologische industrie) pleiten voor het centraal stellen…
Altair heeft Research in Flight overgenomen, de ontwikkelaar van FlightStream. Dat is software voor computationele…
De Pi-Pop is een e-bike zonder de gewone energiecellen. Hij werkt op kracht zonder lithium-ion,…
Straling vanuit de ruimte is een uitdaging voor kwantumcomputers, omdat hun rekentijd beperkt wordt door…
Na meer dan 40 jaar voor KSB te hebben gewerkt, gaat directeur Nico Gitz binnenkort…