EO

Foutjes maken materialen sterker (video)

28 januari 2020 om 18:54 uur

Wat is het verschil tussen een vel en een prop papier? Het is gemaakt van hetzelfde materiaal maar een vel papier is plat en slap, een prop is stijf en bolvormig. Door een vel papier te verfrommelen verander je dus de eigenschappen. “Het papier noemen we een mechanisch metamateriaal: door de vorm krijgt het materiaal andere eigenschappen,” zegt Anne Meeussen. Maar hoe moet je de vorm precies veranderen om bijzondere eigenschappen te krijgen?


Het nieuwste idee daarvoor komt uit een samenwerking tussen Amolf, de Universiteit Leiden en de Universiteit van Tel Aviv. Anne Meeussen, Erdal Oğuz, Yair Shokef en Martin van Hecke onderzochten het expres inbouwen van een foutje in een materiaal, een topologische imperfectie, om te kijken welke invloed dat heeft. "We hebben een structuur gebouwd die bijzonder gedrag vertoont als je het op niet één maar twee plekken indrukt. Als je dat doet, kun je krachten en vervormingen naar verschillende plekken sturen. De toepassingen van zo'n materiaal liggen overal waar interne krachten en vervormingen moeten worden gecoördineerd. Van schoenzolen en protheses tot zachte robots."

 

Puzzelstukken

Foutjes in een materiaal beïnvloeden de eigenschappen. Maar het gecontroleerd aanbrengen van een foutje in een metamateriaal is niet zo eenvoudig. Het team bedacht een vlak materiaal dat uit driehoekige puzzelstukken bestaat waarvan de zijden hol of bol kunnen worden. Met een 3D-printer maakten de onderzoekers een echte versie van het theoretische materiaal: een matje van kleine staafjes die met flexibele scharniertjes aan elkaar vastzitten. Zo kun je voelen wat er gebeurt als je erin knijpt. In een perfect materiaal passen alle puzzelstukken precies in elkaar, zodat er alleen holle naast bolle zijdes zitten. Als je er aan twee kanten in knijpt, vervormt het matje makkelijk en voelt het zacht aan.

 

Bijzondere effecten

Maar wat gebeurt er als je een rijtje puzzelstukjes zo draait dat ze niet meer passen? "Dat noem je een topologische imperfectie. Die kun je niet zomaar oplossen door één enkel puzzelstukje weer terug te draaien." In het metamateriaal dat Meeussen ontwierp, heeft zo'n topologische imperfectie bijzondere gevolgen. Als je aan twee kanten in het imperfecte materiaal knijpt, krijgt het een zachte helft die vervormt, en een harde helft die stug blijft zitten. Knijp je op een net andere plek, dan draaien de helften om: zacht wordt hard, en hard wordt zacht.

 

Breed toepasbaar

Meeussen zegt: "Zo'n antisymmetrisch effect van een topologische imperfectie is nooit eerder vertoond. We hebben een manier gevonden om gecontroleerd deze imperfecties in te bouwen en formuleren algemene regels daarvoor. Dus iedereen kan hiermee aan de slag. Het is een nieuwe manier om tegen mechanische metamaterialen aan te kijken, doordat we concepten uit de gecondenseerde materie en de wiskunde toepassen. Het is mooi om te zien dat er vanuit al deze vakgebieden interesse is in onze resultaten."

 

De paper Topological defects produce exotic mechanics in complex metamaterials, is gepubliceerd in Nature Physics. 

 

Gerelateerd nieuws

Razendsnel piepkleine 3D-printjes maken

Een piepklein 3D-printje in 30 seconden

Aan de EPFL is een methode ontwikkeld voor het 3D-printen van kleine, zachte objecten. Het proces kost nog geen 30 seconden.

‘Gesensoriseerde huid’ helpt zachte robots hun omgeving te begrijpen

‘Gesensoriseerde huid’ helpt zachte robots hun omgeving te begrijpen

MIT-onderzoekers hebben een robotarm in staat gesteld zijn plek in de 3D-ruimte te begrijpen, alleen door beweging- en positiegegevens van zijn eigen ‘gesensoriseerde huid’ te gebruiken.

Project Digitale Fabriek van de Toekomst van start

Project Digitale Fabriek van de Toekomst van start

Op de Brainport Industries Campus in Eindhoven vond woensdag de kick-off plaats van het innovatieproject Digitale Fabriek van de Toekomst. Met dit project worden de randvoorwaarden voor de digitale fabriek van de…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Semiflexibele printplaten (PCB)

Semiflexibele printplaten bestaan uit gespecialiseerde FR-4-materialen en worden gemaakt volgens een specifieke...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

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

Perfection in Automation

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

3 maart 2020, Den Bosch

High Speed and Radio frequency PCBs

Seminar about High Speed and Radio frequency PCBs

4 maart 2020, Veldhoven

RapidPro

Op weg naar de Digitale Productie

10 maart 2020, Vianen

Masterclass Machineveiligheid XL

Meer agendapunten »