2019-09-10 23:34:01
用超材料制造波浪

对于机械工程和应用力学系助理教授Jordan Raney来说,尖端科学有时候会用锤子敲打橡胶圆盘。

在最近的一次实验中,他和Raney建筑材料实验室的研究生Chengyang Mo使用3D打印机来制作这种不寻常的飞盘大小的结构。它由数百个连接的橡胶方块组成,每个方块内部都有一个滚珠轴承。它是“机械超材料”的一个例子,它是一类系统,表现出源于内部几何形状的不寻常的物理行为,而不是它们所制造材料的特性。

Raney和Mo试图了解一种称为孤子的独特非线性波的传播。为此,他们将结构放置在滚珠轴承的顶部,并设置了一个高速摄像头,以每秒6000帧的速度记录波浪的运动。然后,根据他们在“物理评论快报”杂志上发表的论文,他们“用冲击器激发样品” - 或者从硬件商店拿出6美元的木槌。

他们的研究首次展示了这些波在一个柔软的二维系统中如何传播。

“这很有意思,因为在2-D中,波浪会根据你到达方块的位置而发生显着变化,”莫说。“当冲击以某个角度施加时,波会自动聚焦并且在移动时不会分散。 “

之前在粒状材料中观察到这种行为,如沙子,它被称为“声音子弹”。

“这就像是池塘边缘的干扰,”Raney说,“但不是以圆形方式向外扩散,波浪作为一个紧凑的脉冲穿过池塘。这样,输入的所有能量都可以被接收通过输出而不是传播。“

更好地理解机械超材料,如Raney,Mo和他们的共同作者创建的可能具有生物医学应用,因为用受控的能量脉冲影响身体的组织可能具有诊断或治疗价值。航空航天,海军或汽车应用也是可能的,机械超材料将冲击力从人员或有效载荷上移开。

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