Многим людям уже знаком термин метаматериалы, свойства которого определяет не только его состав, но и искусственно созданная внутренняя структура.Поясним. Природные материалы обладают физическими свойствами, которые обусловленными химическими соединениями в их основе. Метаматериалы в отличие от них являются "запрограммированными" и, как правило, обладают искусственно заданными необычными свойствами.
Так, некоторые метаматериалы имеют сложные внутренние структуры, параметры которых меньше, чем длина волны света. Благодаря этому они способны искривить и перенаправить излучение несвойственным обычным материалам образом (например, отразить падающий свет под "невозможным" углом).
Часто из таких материалов конструируют так называемые "шапки-невидимки". Из-за способности материала изменять направление движения света объекты, находящиеся в "шапке", кажутся невидимыми внешнему наблюдателю.
Но до сих пор метаматериалы обсуждались только как материалы. Теперь же учёные переосмыслили их функционал и решили создать из них работающие механизмы. Для создания необычной структуры учёные из Университета Потсдама в Германии использовали 3D-принтер и продемонстрировмли её свойства на примере обыкновенной дверной ручки с замком. Правда, в ней при этом не было движущихся частей.
Она представляет собой единый блок материала, состоящий из ячеистой сетки (см. иллюстрацию ниже). Материал гибкий, поэтому ячейки могут менять свою форму и положение относительно друг друга. Таким образом метаматериал и превращается в механизм: несмотря на отсутствие в нём движущихся частей он сам может двигаться под действием внешних сил и менять таким образом свою форму. В итоге метаматериал в виде дверной ручки преобразует вращательное движение ручки в поступательное движение защёлки.
Ключевым элементом механизма из метаматериала является именно специализированный тип ячеек, единственная способность которого — менять форму под воздействием внешних факторов. В отличие от ячеек с жёсткими стенками эти деформормируются при приложении силы, а затем возвращаются к первоначальному состоянию после её снятия.
Немецкие учёные говорят, что они таким образом продвигают концепцию метаматериалов дальше, к созданию объектов, которые позволяют "контролировать направление движения" (в отличие от контроля направления излучения, например).
Исследователи описывают своё достижение заумно: их объекты преобразуют входные силы и движения в желаемый набор выходных сил и движений (а это, по сути, и есть описание механизма).
В реальности же новая технология позволяет самим напечатать твёрдый дверной замок без использования "лишних" гаек и болтов – всё из одного блока материалов.
На сайте проекта представлены и другие примеры, такие как примитивные плоскогубцы и пантограф.
"Цель нашей работы – создание материалов, которые сами по себе являются механизмами", — рассказала аспирантка Александра Ион (Alexandra Ion), один из авторов радработки.
