Исследователи представили инновационную разработку в сфере метаматериалов — модульные структуры, обладающие способностью к сложным, автономно управляемым движениям. Эти материалы функционируют как миниатюрные механизмы, открывая новые горизонты для создания различных типов роботов, адаптивных структур и даже устройств для хранения информации.
Основой разработки является сочетание двух типов компонент: ауксетических ячеек, которые расширяются при натяжении и сжимаются при сжатии, и колонн, вдохновленных оригами, сконструированных по принципу труб Креслинга. Такая комбинация позволяет материалу как скручиваться, так и уменьшаться в плоскости на более чем 25%, а объем может снижаться более чем на 50% под влиянием одного и того же фактора управления. Важно отметить, что эти деформации независимы друг от друга, то есть контроль одной из них не оказывает влияния на другие.
Механизм работы основывается на том, что каждая из составляющих — ячейки и колонны — отвечает за специфический тип деформации. Квадратные вращающиеся ячейки обеспечивают скручивание и сжатие в плоскости, в то время как колонны Креслинга способствуют уменьшению объема. Ученые продемонстрировали два режима работы: сочетание скручивания с перемещением и линейное сдвиговое движение с вращением. Это становится возможным благодаря тщательному подбору геометрии и свойств используемых материалов.
Разработанная структура обладает высокой модульностью, позволяющей легко перепрограммировать ее характеристики, контролировать локальную «хиральность» и настраивать несущую способность. Проведенные эксперименты и компьютерное моделирование доказали, что материал способен исполнять сложные, скоординированные движения.
Команда исследователей под руководством ученых из Принстонского университета предоставила все использованные данные и исходный код в открытом доступе на платформе Zenodo. Для создания прототипов они использовали технологию 3D-печати и провели ряд тестов для демонстрации возможностей нового материала.
Потенциальная сфера применения этой технологии охватывает множество областей — от «роботов-трансформеров», способных менять свою форму под различные задачи, до терморегуляционных систем, механических запоминающих устройств с использованием гистерезиса и устройств шифрования информации, основанных на некоммутативных переходах между состояниями. Также возможна разработка систем plug-and-play для поглощения энергии и защиты от ударов.
Учитывая возможности масштабирования и перепрограммирования, данная технология может стать ключевым элементом в создании нового поколения адаптивных материалов и робототехнических систем, пригодных к эксплуатации в различных условиях. Будущие исследования будут сосредоточены на оптимизации этих материалов и создании более сложных алгоритмов управления, чтобы полностью реализовать потенциал этих «материальных машин».
Источник: iXBT
