Метаматериалы – это композитные материалы, свойства которых определяются в большей степени не химическим составом, а пространственным расположением элементов. Обычно это достигается непосредственно при создании, что и является причиной ограниченности областей их использования. Швейцарские инженеры разработали метаматериал, основу которого составляют специальные ячейки, меняющие свои характеристики под воздействием магнитного поля.
Программируемый метаматериал представляет собой революционную технологию: насколько известно, подобное создание является уникальным. Пока у него нет официального названия, это лишь первые эксперименты, но полученные результаты выглядят перспективными. Полное описание технологии вместе с подробными видеозаписями различных тестов опубликовано в рецензируемом журнале Nature.
Новый метаматериал разработан аспирантом Института машиностроения Федеральной политехнической школы Лозанны ( École Polytechnique Fédérale de Lausanne) Тян Чен (Tian Chen) под руководством Педро Рейса (Pedro Reis). В этой работе также активно участвовал руководитель Лаборатории геометрических вычислений Марк Паули ( Mark Pauly).
Разработка Тян Чена включает в себя множество ячеек, которые могут поддерживать два устойчивых состояния. Он определяет их как «м-биты» ( m-bits) — элементы метаматериала функционируют по аналогии с бинарными компонентами компьютерной памяти. Подобно логическим ячейкам на жестком диске, они могут изменять свое состояние под воздействием магнитного поля. При этом изменение состояния лишь части этих элементов позволяет существенно изменять характеристики более крупного ансамбля.
Тян Чен первоначально намеревался разработать материал, способный изменять свои свойства – от жесткости до гибкости – в зависимости от внешних условий. Однако, в процессе экспериментов было установлено, что, программируя структуру ячеек, можно влиять не только на эти два параметра. В ходе испытаний созданный мат из метаматериалов демонстрировал различную степень гибкости в разных направлениях. Также удавалось добиться того, чтобы он сохранял форму под воздействием нагрузки, направленной в определенном направлении, и при этом легко изгибался при изменении вектора нагрузки.
Инженер намерен продолжить работу над уменьшением размеров ячеек. Оценить потенциал его проекта пока невозможно, однако для практического применения их необходимо сделать значительно более компактными – на несколько порядков. Также, в лабораторных условиях использовался силикон, в то время как для эксплуатации в реальных условиях потребуется разработка схемы на основе других материалов.
Комментируя результаты исследования, проведенного ее протеже, Рейс предположил следующий шаг — сделать структуру трехмерной. Пока метаматериал состоит из всего одного слоя ячеек. Объемная структура может показать даже более удивительные свойства. Правда, нужно разработать новый метод программирования ячеек. Сейчас их намагничивают или размагничивают роботизированной рукой с датчиком Холла. Она способна запрограммировать только лежащие в одной плоскости ячейки.