Si bien un trozo de papel suele ser plano y flexible, el mismo trozo de papel arrugado en un taco es rígido y redondo. Esto demuestra que el arrugamiento cambia la textura y el comportamiento del mismo material: el papel.
Un nuevo estudio de la Universidad de Tel Aviv muestra cómo los defectos inducidos en los metamateriales materiales artificiales cuyas propiedades son diferentes de las de la naturaleza también producen consistencias y comportamientos radicalmente diferentes. La investigación tiene aplicaciones de gran alcance: para la protección decomponentes frágiles en sistemas que sufren traumas mecánicos, como pasajeros en accidentes automovilísticos; para la protección de equipos delicados lanzados al espacio; e incluso para agarrar y manipular objetos distantes utilizando un pequeño conjunto de manipulaciones localizadas, como la cirugía mínimamente invasiva.
"Hemos visto efectos no simétricos de una imperfección topológica antes. Pero ahora hemos encontrado una manera de crear estas imperfecciones de forma controlada", explica el profesor Yair Shokef de la Facultad de Ingeniería Mecánica de TAU, coautordel nuevo estudio: "Es una nueva forma de ver los metamateriales mecánicos, tomar prestados conceptos de la física de la materia condensada y las matemáticas para estudiar la mecánica de los materiales".
La nueva investigación es el fruto de una colaboración entre el profesor Shokef y el Dr. Erdal O? Uz de TAU y el profesor Martin van Hecke y Anne Meeussen de la Universidad de Leiden y AMOLF en Amsterdam. El estudio fue publicado en Física de la naturaleza el 27 de enero. "Dado que hemos desarrollado reglas generales de diseño, cualquiera puede usar nuestras ideas", agrega el profesor Shokef.
"Nos inspiramos en las pantallas LCD que producen diferentes colores a través de cristales líquidos pequeños y ordenados", dice el profesor Shokef. "Cuando crea un defecto, cuando, por ejemplo, presiona el pulgar contra una pantalla, ustedinterrumpir el orden y obtener un arco iris de colores. La imperfección mecánica cambia la forma en que funciona la pantalla. Ese fue nuestro punto de partida ".
Los científicos diseñaron un metamaterial mecánico complejo utilizando impresión tridimensional, insertaron defectos en su estructura y mostraron cómo dichos defectos localizados influyeron en la respuesta mecánica. El material inventado era plano, hecho de piezas de rompecabezas triangulares con lados que se movían al abultarseo con hoyuelos. Cuando es "perfecto", el material es blando cuando se aprieta desde dos lados, pero en un material imperfecto, un lado del material es blando y el otro rígido. Este efecto cambia cuando la estructura se expande en un lado y se aprietaen el otro: las partes rígidas se vuelven blandas y las partes blandas rígidas.
"Eso es lo que llamamos una imperfección topológica global", explica el profesor Shokef. "Es una irregularidad que no se puede eliminar simplemente volteando localmente una pieza del rompecabezas. Específicamente, demostramos cómo podemos usar tales defectos para dirigir mecánicamentefuerzas y deformaciones a las regiones deseadas en el sistema "
La nueva investigación avanza en la comprensión de los defectos estructurales y sus propiedades topológicas en los sistemas físicos de materia condensada. También establece un puente entre los metamateriales periódicos, similares a cristales y las redes mecánicas desordenadas, que a menudo se encuentran en los biomateriales.
El equipo de investigación planea continuar su investigación en metamateriales complejos tridimensionales y estudiar la geometría más rica de las imperfecciones allí.
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Materiales proporcionado por American Friends of Tel Aviv University . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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