EO

Bouwen met flexibele blokjes (video)

01 augustus 2016 om 19:19 uur - Leiden

Om te illustreren dat ze elk patroon aan de oppervlakte van een kubus kunnen laten verschijnen, ontwierpen de onderzoekers een kubus van 10 bij 10 bij 10 blokjes waarop onder druk een smiley verschijnt. (foto: Corentin Coulais)

Op een ogenschijnlijk gewone kubus verschijnt onder druk een patroon van hollingen en bollingen. Natuurkundigen van FOM-instituut Amolf en de Universiteit Leiden hebben samen met collega's van de Universiteit van Tel Aviv een methode ontwikkeld om zulke driedimensionale structuren te ontwerpen en te maken met eenvoudige bouwstenen. Dit opent de weg naar 'machinematerialen' die bijvoorbeeld op een natuurlijke manier aansluiten op het menselijk lichaam, voor gebruik in protheses en wearable technology.


Normaal gesproken bepalen atomen en moleculen de eigenschappen van de materialen die ze vormen. Dat ligt anders bij door de mens ontworpen metamaterialen. "Bij metamaterialen bepaalt de ruimtelijke structuur het gedrag van het materiaal", vertelt Martin van Hecke, leider van de Amolf-groep Mechanical Metamaterials. "Zo zorgt een gaatjespatroon in een plak materiaal ervoor dat bijvoorbeeld de elasticiteit compleet anders is dan bij hetzelfde materiaal zonder gaatjes. We wilden dit fenomeen ook onderzoeken voor een driedimensionaal gaatjespatroon."

 

3D-puzzel

Van Hecke en zijn collega's ontwikkelden een kubusvormig, flexibel bouwsteentje met een gat erin. Druk je op zo'n blokje, dan deuken sommige zijden van de kubus in, terwijl andere juist opbollen. Door meerdere van zulke bouwsteentjes te stapelen, kunnen de onderzoekers driedimensionale structuren maken, met gaatjes binnenin. Van Hecke: "De oriëntatie van de blokjes in het uiteindelijke metamateriaal is van belang. Onder druk moeten alle holle en bolle zijden precies in elkaar passen. De meeste stapelingen zijn 'gefrustreerd': ergens binnenin komen een paar holle of bolle zijden elkaar tegen. Maar er blijkt ook een groot aantal passende oplossingen te zijn voor deze driedimensionale puzzel."

 

Patronen

Van Hecke's collega's aan de Universiteit van Tel Aviv rekenden het aantal mogelijke, niet-gefrustreerde stapelingen door voor verschillende kubussen van bouwblokjes. "Voor een kubus van 14 bij 14 bij 14 bouwstenen is dat een getal van maar liefst vijfenzestig cijfers", vertelt van Hecke. "Voor elke mogelijke stapeling resulteert de vervorming binnenin in een specifiek patroon op de zijden van de kubus. Door het slim combineren van bouwstenen kunnen we op die zijden elk gewenst patroon laten verschijnen als we de kubus indrukken. Verassend genoeg kan zo'n kubus ook patronen analyseren. Als we hem tegen een patroon van hollingen en bollingen aan drukken, meten we een kracht die afhankelijk is van het patroon."

 

Machinematerialen

Hoewel Van Hecke's onderzoek fundamenteel is, liggen toepassingen om de hoek. "Dit soort programmeerbare 'machinematerialen' zouden goed bruikbaar zijn in bijvoorbeeld prothesen of draagbare technologie, waarbij nauwe aansluiting op het lichaam van belang is", aldus Van Hecke. "Als we de bouwstenen ingewikkelder kunnen maken, of van andere materialen, zijn de mogelijkheden helemaal eindeloos." 

 

Corentin Coulais, Eial Teomy, Koen de Reus, Yair Shokef and Martin van Hecke: "Combinatorial Design of Textured Mechanical Metamaterials", Nature, 535, 529-532 (2016), DOI:10.1038/nature18960

 

Combinatorial Design of Textured Mechanical Metamaterials from Fast Facts on Vimeo.

 

Gerelateerd nieuws

Ontwerpstudie voor cirkelversneller van 100 kilometer op Cern gereed

Ontwerpstudie voor cirkelversneller van 100 kilometer op Cern gereed

De ontwerpstudie voor een nieuwe cirkelvormige, ondergrondse deeltjesversneller van 100 kilometer omtrek bij Cern in Genève is gepubliceerd. De superversneller moet de opvolger worden van de huidige LHC-versneller op…

Kracht van wet voor nieuwe Richtlijn Steigers

Wettelijke status voor nieuwe Richtlijn Steigers

De nieuwe Richtlijn Steigers is opgenomen in de Arbocatalogus Bouw & Infra. Daarmee heeft de richtlijn nu officiële kracht van wet gekregen dankzij de gezamenlijke inspanning van verschillende branches om de…

Plastic productiebedrijf beboet na fataal ongeluk werknemer

Kunststoffabrikant beboet na fataal ongeluk werknemer

Een kunststofproducent in Engeland is beboet wegens het overtreden van veiligheidsvoorschriften. Een werknemer kwam hierdoor om het leven.

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Safe PCB Nederland
Safe PCB Nederland

Printplaten/PCB's, prototype en series

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

23 november 2018, Groningen

BEYOND THE LAB: the DIY Science Revolution

Dit project laat zien dat mensen mee kunnen doen aan wetenschap en samen de verantwoordelijkheid delen...

16 januari 2019, Veldhoven

Thermische analyse

Thermische analysetechnieken (zoals TGA, DTA, (MT)DSC, micro-calorimetrie, hoge snelheidscalorimetrie,...

21 januari 2019, Breda

2-daagse training CE-engineering en fabrikantschap

De Europese CE-richtlijnen gaan uit van het simpele scenario dat bij een verhandeld en/of in gebruik...

Meer agendapunten »