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

De dynamiek van virusreproductie in beeld

De dynamiek van virusreproductie in beeld (video)

Virussen vermenigvuldigen zich via een proces dat bestaat uit zelfassemblage, rijping van virusdeeltjes en na infectie het vrijlaten van genetisch materiaal in een gastheercel. Nieuw technieken uit de natuurkunde helpen…

95 procent minder stikstofoxide met hybride-elektrisch vliegtuig

MIT bedenkt emissiecontrolesysteem voor vliegtuigen

MIT-ingenieurs hebben een concept bedacht voor de voortstuwing van vliegtuigen waarvan ze schatten dat het 95 procent van de stikstofoxide-uitstoot in de luchtvaart kan elimineren en daarmee het aantal bijbehorende…

Een rat kan best een elektrisch wagentje besturen

Of zetten we een rat op de heftruck?

De mens denkt tegenwoordig vooral aan robots als het gaat om het overnemen van vervelende taken, maar wat blijkt? De rat is ook heel geschikt. Als je hem beloont met lekkere zoete ontbijtgranen, rijdt hij bijvoorbeeld…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

25 januari 2021, online

The Things Conference

LoRaWan conferentie

26 januari 2021, online

Productie Proces Automatisering (PPA) online kennisdagen

Er is een transitie naar nieuwe technologie maar wat is de roadmap?

2 februari 2021, online

Productie Proces Automatisering (PPA) online kennisdagen

Er is een transitie naar nieuwe technologie maar wat is de roadmap?

Meer agendapunten »