Nowy metamateriał może pochłaniać i uwalniać ogromne ilości energii

Kojarzycie kostium Czarnej Pantery, który pochłania energię z przyjętego uderzenia i potem “odbija ją” w stronę przeciwnika? Może się okazać, że właśnie udało się to odtworzyć w prawdziwym życiu. Naukowacy z University of Massachusetts Amherst wynaleźli nowy materiał, który jest w stanie pochłaniać i uwalniać ogromne ilości energii.

“Elastomagnetyczny” metamateriał ma ogromny potencjał

Wynalazek amerykańskich naukowców to gumo-podobna, stała substancja, o zaskakujących, wspomnianych już pokrótce powyżej właściwościach. Co ważne, nie tylko jest ona w stanie pochłaniać i uwalniać energię, ale też można ją w pewnym sensie zaprogramować.

Ta “gumka” jest wykonana z nowego metamateriału, a mianowicie połączenia elastycznej, gumowatej substancji z osadzonymi w niej maleńkimi magnesami. Można powiedzieć, że jest to materiał “elastomagnetyczny”, a do zwiększenia ilości pochłanianej i uwalnianej energii wykorzystuje tzw. przesunięcie fazowe.

Przesunięcie fazowe ma miejsce wtedy, kiedy substancja przechodzi z jednego stanu do drugiego – np. z ciekłego do stałego, a więc przykładowo w sytuacji, kiedy woda zamarza w niskiej temperaturze. Co ciekawe, przesunięcie fazowe może nastąpić także w przypadku przejścia z określonej fazy do tej samej, a więc przykładowo z fazy stałej do stałej.

Najlepiej przesunięcie fazowe demonstruje poniższy filmik:

W praktyce oznacza to ogrom ciekawych zastosowań. Chociażby właśnie różnego rodzaju materiały ochronne i kaski, które zapewnią większe bezpieczeństwo, będąc w stanie szybciej i skuteczniej rozpraszać energię po uderzeniu.

Nie do końca chodzi tutaj o rozwiązania ofensywne, typu wspomniany wcześniej strój Czarnej Pantery, a bardziej ochronne, ale i tak trzeba podkreślić niesamowity potencjał tego materiału.

To jednak nie wszystko. Technicznie nowy materiał można byłoby wykorzystać do zwiększania mocy różnego typu robotów bez jednoczesnego zużywania większej ilości energii. Jak to możliwe? Najlepiej wyjaśnia to jedna z osób, która pracowała nad projektem.

Wyobraź sobie gumkę. Rozciągasz ją, a kiedy ją puścisz, przeleci przez pokój. Teraz wyobraź sobie super gumkę. Kiedy rozciągasz ją poza pewien punkt, aktywujesz dodatkową energię zmagazynowaną w materiale. Kiedy puścisz tę gumkę, leci przez milę. – Alfred Crosby, profesor nauk i inżynierii polimerów na UMass Amherst i starszy autor artykułu

Poniżej możecie zobaczyć, jak (w zwolnionym tempie) uwalniana jest energia:

Alfred Crosby podkreśla, że, aby wzmocnić pochłanianie oraz uwalnianie energii, konieczne jest opracowanie zupełnie nowej struktury na poziomie molekularnym, a nawet i atomowym. Wiąże się to z pewnymi trudnościami. Zdaniem naukowca, dzięki metamateriałom udało się te wyzwania przezwyciężyć, a dodatkowo stworzyć specjalne algorytmy projektowe, dzięki którym można nowe materiały zaprogramować.

Naukowcy zainspirowali się m.in. muchołówkami

Kojarzycie muchołówki, rośliny, które, gdy usiądzie na nich mucha, błyskawicznie zamykają swoje “paszcze”? To właśnie nimi, a także wieloma innymi natychmiastowymi reakcjami widocznymi w naturze (także m.in. zaciskaniem szczęk przez konkretny gatunek mrówek) zainspirowali się naukowcy przy tworzeniu tego metamateriału.

Przenieśliśmy to na wyższy poziom. Osadzając maleńkie magnesy w elastycznym materiale, możemy kontrolować przesunięciaa fazowe tego metamateriału. A ponieważ przesunięcie fazowe jest przewidywalne i powtarzalne, możemy zaprojektować metamateriał tak, aby robił dokładnie to, czego od niego oczekujemy: albo pochłaniając energię z dużego uderzenia, albo uwalniając duże ilości energii do wybuchowego ruchu – Xudong Liang, główny autor artykułu, profesor w Harbin Institute of Technology w Shenzhen (HITSZ) w Chinach

Jeśli chodzi o to, jak dokładnie przebiega proces programowania tego materiału, to jest to dość proste. Elastyczny metamateriał ma osadzone magnesami, których bieguny są oznaczone kolorami czerwonym i niebieskim. Można zmienić sposób reakcji metamateriału, zmieniając kierunku magnesów.

Poza University of Massachusetts Amherst w badaniach brały udział także Laboratorium Badawcze Armii USA i Biuro Badawcze Armii USA, a także Harbin Institute of Technology, Shenzhen (HITSZ). Co myślicie o ich wynalazku? Waszym zdaniem ten metamateriał ma szansę sprawdzić się w realnych zastosowaniach? Dajcie koniecznie znać w komentarzach!