"Если сила приложена сверху к материалу, последний деформируется различными способами. Он может быть вздутым, сжатым или изогнутым », – говорит Мартин Вегенер, профессор Института прикладной физики и директор Института нанотехнологий KIT. «Однако, согласно действующим правилам механики, он не будет вращаться», – добавляет он. Однако его сотруднику Тобиасу Френзелю и коллегам удалось разработать филигранную кубическую структуру, которая реагирует на нагрузку вращением вокруг своей оси.
«С помощью компьютерного моделирования мы впервые разработали конструкцию с этим новым механическим свойством, которое до сих пор не было описано», – объясняет Френцель, первый автор исследования. «Наши расчеты показали, что желаемое поведение демонстрирует сложная киральная структура, i.е. структура, которая не может быть отображена в ее зеркальном отображении, подобно левой и правой руке."
Филигранные кубики, рассчитанные Френзелем и его командой, состоят из стержней и колец, соединенных между собой определенным образом. «Плечи, соединяющие кольцевые конструкции с углами куба, перемещаются вертикально вниз под нагрузкой. Это движение приводит к вращению колец ", – объясняет Френцель. "Эти вращательные движения, в свою очередь, передают силы углам горизонтальных плоскостей куба, так что вся конструкция начинает вращаться вокруг своей оси."
Затем команда изготовила башни из вышеуказанных кубических структур различных размеров, прочности и частей, используя метод трехмерной микропечати, установленный в KIT. Длина ребер кубиков составляла от 100 до 500 мкм.
Исследователи построили башни от 4 до 500 кубов и высотой 2 мм. Чтобы проверить свою теорию, они также построили башни из ахиральных кубов, i.е. кубы, которые можно сопоставить с их зеркальным отображением.
Ученые обнаружили, что башни, собранные из хиральных блоков, начали вращаться вокруг своей оси под действием силы. «Мы измерили поворот до двух градусов на процент деформации», – говорит Френзель. Башни из ахиральных кубических структур такого вращения не демонстрировали.
Исследователи также обнаружили, что жесткость башен увеличивалась с увеличением количества кубов, хотя размеры отдельных компонентов пропорционально уменьшались.
По словам Тобиаса Френцеля, до приложения еще далеко.
Работа была вдохновлена предыдущими исследованиями эластичных "плащей-невидимок"."Их можно использовать для смягчения ударных волн землетрясений или их направления на исторические здания.