Прототип умного материала бросает вызов законам движения Ньютона

Прототип метаматериала использует электрические сигналы, передаваемые этими черными проводами, для управления как направлением, так и интенсивностью энергетических волн, проходящих через твердый материал. Предоставлено: Университет Миссури

Более 10 лет Гуолян Хуан, заведующий кафедрой инженерии Хубера и Хелен Крофт в Университете Миссури, исследовал нетрадиционные свойства «метаматериалов» — искусственного материала, который проявляет свойства, обычно не встречающиеся в природе.

Цель Хуана состоит в том, чтобы помочь контролировать «упругие» энергетические волны, проходящие через более крупные структуры, такие как самолет.

«В течение многих лет я работал над тем, как использовать математическую механику для решения инженерных задач», — сказал Хуан. «Традиционные методы имеют много ограничений, в том числе по размеру и весу. Итак, я изучаю, как мы можем найти альтернативное решение, используя легкий материал, небольшой, который может контролировать низкочастотную вибрацию, исходящую от более крупной конструкции, такой как самолет».

Теперь Хуан на шаг ближе к своей цели. В новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, Хуан и его коллеги разработали прототип метаматериала, который использует электрические сигналы для управления как направлением, так и интенсивностью энергетических волн, проходящих через твердый материал.

Потенциальные применения его инновационной конструкции включают в себя военное и коммерческое использование, например, управление радиолокационными волнами путем направления их на сканирование определенной области в поисках объектов или управление вибрацией, создаваемой турбулентностью воздуха от самолета в полете.

«Этот метаматериал имеет странную плотность вещества», — сказал Хуан. «Таким образом, сила и ускорение не движутся в одном направлении, тем самым предоставляя нам нетрадиционный способ настройки конструкции структурной динамики объекта или свойств, чтобы бросить вызов второму закону Ньютона».

Это первая физическая реализация нечетной плотности вещества, сказал Хуан.

«Например, этот метаматериал может быть полезен для мониторинга состояния гражданских сооружений, таких как мосты и трубопроводы, в качестве активных преобразователей, помогая идентифицировать любые потенциальные повреждения, которые может быть трудно увидеть человеческим глазом».

Оригинал статьи: Qian Wu et al, Active metamaterials for realizing odd mass density, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2209829120 🔗