Para Jordan Raney, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecánica Aplicada, La ciencia de vanguardia a veces implica golpear un disco de goma con un martillo.

En un experimento reciente, él y Chengyang Mo, un estudiante de posgrado en el Laboratorio de Materiales Arquitectónicos de Raney, usó una impresora 3-D para hacer esto inusual, Estructura del tamaño de un frisbee. Consiste en cientos de cuadrados de goma conectados, cada uno con un rodamiento de bolas en el interior. Es un ejemplo de "metamaterial mecánico, "una clase de sistemas que exhiben comportamientos físicos inusuales derivados de su geometría interna más que de las propiedades de los materiales de los que están hechos.

Raney y Mo intentaban comprender la propagación de un tipo único de onda no lineal llamada solitón. Para hacer eso, colocaron su estructura encima de rodamientos de bolas y configuraron una cámara de alta velocidad para registrar el movimiento de la onda a las 6, 000 cuadros por segundo. Luego, según su papel, publicado en la revista Cartas de revisión física , "excitaron la muestra con un impactador", o la golpearon con un mazo de $ 6 de la ferretería.

Su estudio es el primero en mostrar cómo viajan estas ondas en un sistema 2-D suave.

"Esto es interesante porque, en 2-D, la ola cambia drásticamente dependiendo de dónde golpees los cuadrados, "dice Mo." Cuando el impacto se aplica en un cierto ángulo, la ola se enfoca a sí misma y no se dispersa a medida que se mueve ".

Este comportamiento se ha observado previamente en materiales granulares, como arena, donde se ha referido como una "bala de sonido".

"Es como una perturbación en el borde de un estanque, "dice Raney, "pero en lugar de extenderse hacia afuera en forma circular, la onda viaja a través del estanque como un pulso compacto. De esa manera, toda la energía de la entrada puede ser recibida por la salida en lugar de propagarse ".

Una mejor comprensión de los metamateriales mecánicos como el de Raney, Mo y sus coautores creados podrían tener aplicaciones biomédicas, ya que impactar los tejidos del cuerpo con pulsos controlados de energía podría tener valor diagnóstico o terapéutico. Aeroespacial, También son posibles aplicaciones navales o automotrices, con metamateriales mecánicos que desvían la fuerza de un impacto lejos de las personas o cargas útiles.