‘Machinematerialen’ creëren manipuleerbare 3D-puzzel

Met metamaterialen kun je de gekste dingen doen. Nederlandse fysici hebben er nu minuscule bouwblokjes mee gemaakt waarmee ze de vervorming van eender welk macroscopische materiaal compleet naar hun hand kunnen zetten.

Normaal gesproken bepalen atomen en moleculen de eigenschappen van de materialen die ze vormen. Dat ligt anders bij door de mens ontworpen materialen – zogenaamde metamaterialen. Bij dit soort materialen bepaalt de ruimtelijke structuur het gedrag van het materiaal. Een gaatjespatroon zorgt er bijvoorbeeld voor dat de elasticiteit compleet anders is dan bij hetzelfde materiaal zonder gaatjes.

Nederlandse fysici wilden hetzelfde gedrag onderzoeken bij driedimensionale materialen. Daarvoor ontwikkelden ze een kubusvormig, flexibel bouwsteentje met een gat erin. Als ze op dat blokje drukten, dan bleken sommige zijden van de kubus in te deuken, terwijl andere juist opbolden. Door meerdere van zulke bouwsteentjes te stapelen dachten de onderzoekers driedimensionale structuren te kunnen maken, met gaatjes binnenin. En dat lukt ook.

Met de flexibele bouwblokjes kunnen macroscopische ‘machinematerialen’ worden gemaakt waarbij de oriëntatie van de blokjes alle eigenschappen bepalen. Door het slim combineren van de bouwstenen kan bijvoorbeeld elk gewenst patroon, als de kubus wordt ingedrukt wordt, worden gecreëerd.

De machinemateralen kunnen bovendien ook worden gebruikt om patronen te analyseren. Als tegen een patroon van hollingen of bollingen wordt aangedrukt wordt immers een kracht gemeten die afhankelijk is van het patroon.

Dat klinkt allemaal heel abstract en fundamenteel, en toch liggen de toepassingen om de hoek. De machinamaterialen zouden bijvoorbeeld bruikbaar zijn in prothesen of in draagbare technologie – zogenaamde wearables – waarbij een nauwe aansluiting op het menselijk lichaam cruciaal is. (sst)

Bron: Martin Van Hecke, AMOLF, Nederland in Nature