Механические метаматериалы — это трехмерные структуры из повторяющихся элементов, которые благодаря своей геометрии могут изгибаться, скручиваться или расширяться особым образом. Например, ауксетики при растяжении не сужаются, а становятся шире. Исследователи из Массачусетского технологического института уже применяли ауксетики для создания перестраиваемых антенн, но такие структуры могли принимать всего три фиксированных состояния. Теперь они пошли дальше и создали «бифур-схемы» — блоки, которые могут формировать гораздо больше конфигураций благодаря особому свойству, называемому механической бифуркацией.
Суть бифуркации в том, что при достижении критического порога поведение системы качественно меняется. В бифур-схемах это происходит при определенных поворотах соединенных между собой блоков вокруг точки опоры, пишет MIT News. Это свойство позволяет создавать намного более стабильные конфигурации, а каждый добавленный блок экспоненциально увеличивает число возможных конфигураций. При этом благодаря встроенному токопроводящему материалу электрические контакты сохраняются при любых трансформациях: сжатии, скручивании или изгибе.
Чтобы проверить надежность, ученые сжимали перестраиваемые структуры более 10 000 раз — электрическая проводимость не ухудшилась. Также они разработали программный инструмент, который упрощает проектирование и отправляет инструкции на 3D-принтер для печати готовых объектов за один цикл.
Среди демонстрационных образцов — стул, который может определять свою геометрию при трансформации в кофейный столик, а также контроллер, меняющий форму и запускающий одну из нескольких видеоигр в зависимости от своей конфигурации.
В перспективе такие блоки могут найти применение в реабилитационной медицине, в робототехнике или в строительстве временных укрытий, которые адаптируются к погодным условиям после стихийных бедствий.
Исследователи из Швейцарии создали робота, способного, менять форму на ходу, в зависимости от препятствий на своем пути. GOAT может переключаться между движением, качением и плаванием, что делает его более энергоэффективным и универсальным, чем традиционные роботы.
