Los metamateriales tienen propiedades que dependen de su forma y arquitectura. Investigadores de AMOLF, La Universidad de Leiden y la Universidad de Tel Aviv han encontrado una nueva forma de diseñar estos metamateriales y sus propiedades incorporando deliberadamente pequeños errores. Han publicado sus resultados en Física de la naturaleza .

¿Cuál es la diferencia entre una hoja de papel y una bola de papel arrugada? Ambos están hechos del mismo material, pero una hoja de papel es plana y floja, mientras que una bola arrugada es rígida y esférica. Tan arrugando una hoja de papel cambia sus propiedades. "Llamamos al papel un metamaterial mecánico:al cambiar su forma, el material adquiere diferentes propiedades, "dice Anne Meeussen. Pero cómo, exactamente, ¿Se cambia la forma para obtener propiedades peculiares?

Introduciendo errores

La última idea surge de una colaboración entre AMOLF, Universidad de Leiden y Universidad de Tel Aviv. Anne Meeussen, Erdal Oğuz, Yair Shokef y Martin van Hecke investigaron la incorporación deliberada de un pequeño error en un material, una imperfección topológica, para observar sus efectos. "Construimos una estructura que muestra un comportamiento peculiar cuando no se presiona contra uno, pero dos puntos. Haciendo eso, puede dirigir fuerzas y deformaciones a diferentes ubicaciones. Un material de este tipo se puede utilizar para aplicaciones en las que las fuerzas internas y las deformaciones deben coordinarse. Estos van desde suelas de zapatos y prótesis hasta robots blandos ".

Pequeños errores en un material influyen en sus propiedades. Sin embargo, la inserción controlada de un pequeño error en un metamaterial no es tan simple. El equipo ideó un material plano compuesto por piezas de rompecabezas triangulares cuyos lados pueden volverse cóncavos o convexos. Usando una impresora 3-D, los investigadores hicieron una versión real del material teórico:una estera de pequeñas varillas unidas entre sí con bisagras flexibles. Esto les permitió sentir lo que sucede cuando se aprieta la estructura. En un material perfecto, las piezas del rompecabezas encajan exactamente entre sí, de modo que los lados cóncavos solo se encuentran al lado de los lados convexos. Cuando se presionan los dos lados, la alfombra se deforma fácilmente y se siente suave.

Efectos peculiares

Pero, ¿qué sucede si rotas una fila de piezas de un rompecabezas de tal manera que ya no encajen? "A eso lo llamamos una imperfección topológica, ", explica Meeussen." No se puede simplemente resolver esa imperfección girando hacia atrás una sola pieza del rompecabezas ". En el metamaterial que diseñó Meeussen, tal imperfección topológica tiene consecuencias inusuales. Exprimir el material imperfecto desde dos lados produce una mitad blanda que se deforma y una mitad dura que permanece rígida. Al apretar en puntos ligeramente diferentes, las mitades cambian:el blando se vuelve duro y el duro se vuelve blando.

Meeussen dice:"Nunca antes se había demostrado un efecto tan asimétrico de una imperfección topológica. Hemos descubierto cómo incorporar estas imperfecciones de forma controlada, y hemos formulado reglas generales para hacerlo. Por lo tanto, todo el mundo puede trabajar con este concepto. Es una nueva forma de ver los metamateriales mecánicos, porque aplicamos conceptos de materia condensada y matemáticas. Es emocionante ver que hay interés en nuestros resultados en todas estas disciplinas ".