W codziennym życiu używamy przedmiotów posiadających określone właściwości umożliwiające im pełnienie określonych funkcji. Na przykład miękkość poduszki zapewnia komfort, podczas gdy sztywność wałka do ciasta umożliwia równomierne wałkowanie. Raz wykonane, te przedmioty nie mogą zmienić swoich właściwości. Poduszka nigdy nie stanie się wałkiem do ciasta, a wałek do ciasta nie zapewni komfortu jak poduszka.

Ale wyobraź sobie przedmiot, który może zmieniać swoje właściwości od miękkiego do sztywnego za pomocą prostego ruchu. Taki przedmiot może być miękki jak poduszka w jednym momencie i sztywny jak wałek do ciasta w drugim. Ta wielofunkcyjność może znacznie zmniejszyć potrzebę różnych zasobów, wprowadzając rewolucję w zrównoważonym stosowaniu codziennych technologii.

Postęp w materiałach
Mój zespół i ja badamy rekonfigurowalne mechaniczne metamateriały, które stanowią nową klasę materiałów z adaptacyjną strukturą wewnętrzną. Te materiały mają unikalną zdolność do przełączania się między trzema antagonistycznymi stanami: floppy, sztywny i wielostabilny. Oznacza to, że ich właściwości można zmieniać w miarę potrzeb, umożliwiając materiałowi bycie twardym lub miękkim, a nawet zachowywanie energii.

Obiekt wykonany z tych metamateriałów może stać się sztywny, aby wytrzymać siły zewnętrzne, dostosować kształt jak mechanizm floppy lub absorbować energię jak materiał wielostabilny. Ta zdolność czyni go niezwykle użytecznym do różnych zastosowań.

Adaptacja po produkcji
Kluczowym elementem tych materiałów jest meta-łącze, które umożliwia zmianę właściwości po wytworzeniu. Zmiana następuje poprzez stosowanie sił w określonych punktach, gdzie krawędzie się łączą, tworząc elastyczne łącze. W jednym stanie blok jest sztywny, ponieważ staw nie jest aktywowany, podczas gdy w innym stanie aktywacja stawu umożliwia lokalną rotację, sprawiając, że staje się elastyczny.

Ten rekonfigurowalny blok może być używany do tworzenia struktur z adaptacyjnymi właściwościami. Na przykład belka może być sztywna lub elastyczna w zależności od przyłożonego obciążenia. Ponadto bloki można łączyć w dwóch wymiarach, aby tworzyć różne konfiguracje, każda z własnymi cechami: sztywna, floppy lub wielostabilna.

Praktyczne zastosowania
Te wielofunkcyjne materiały mogą być stosowane w różnych sektorach. Oprócz właściwości fizycznych, można również dostosować właściwości geometryczne. Na przykład poprzez ponowne programowanie jednostek można zmieniać rozmiar i kształt produktu.

Jednym z przykładów jest wielofunkcyjna wieszak na odzież. Poprzez selektywne aktywowanie stawów, wieszak może się składać, aby zaoszczędzić miejsce lub rozwinąć, aby pomieścić odzież różnych rozmiarów. Ten poziom adaptacyjności prowadzi do bardziej zrównoważonego wykorzystania zasobów.

Klasa metamateriałów all-in-one pomaga w tworzeniu wielofunkcyjnych produktów. Wielofunkcyjność obiecuje zmniejszenie zużycia zasobów, otwiera zrównoważoną ścieżkę dla przyszłych technologii i przyczynia się do osiągania celów zrównoważonego rozwoju, tworząc tym samym bardziej zieloną i odporną przyszłość.

Oryginał:
Damiano Pasini
Profesor mechaniki i materiałów na Uniwersytecie McGill