Ученые создали метаматериал, повысивший энергоемкость до 160 раз

Международные исследователи разработали принципиально новый класс механических метаматериалов, способных накапливать и высвобождать упругую энергию с рекордной эффективностью. Инновационный подход заключается в использовании спиральной формы стержней, встроенных в структуру метаматериала. Это позволило преодолеть существующие ограничения в дизайне, увеличив энтальпию в 2-160 раз по сравнению с традиционными материалами.

Механические метаматериалы обладают широким спектром применения, от аккумуляции энергии в робототехнике до поглощения ударов и создания новых конструкций для машин. Процесс хранения механической энергии заключается в преобразовании кинетической энергии в упругую, которая может быть полностью восстановлена при необходимости. Однако ключевой задачей является увеличение энтальпии, что непросто из-за необходимости сочетать такие свойства, как высокая жесткость, прочность и большие упругие деформации.

Группа ученых под руководством профессора Петера Гумбша из Института технологии Карлсруэ разработала метаматериал, в основе которого лежит идея равномерного распределения нагрузок. Вместо традиционного изгиба они применили метод скручивания стержня, что позволяет снизить стресс на поверхности, повысив общий уровень энергоемкости материала. Разработанная структура обеспечивает высокую жесткость и способность выдерживать значительные нагрузки.

Особенность нового материала состоит в использовании механизма компрессии и скручивания, что привело к формированию сложной спиральной формы, способной выдерживать значительные объемы энергии без ущерба для целостности конструкции. Проведенные эксперименты подтвердили прогнозы о том, что такая структура может эффективно работать под продольными нагрузками.

Созданные метаматериалы способны найти применение в самых разных областях, от энергоэффективных механизмов до амортизирующих элементов и роботизированных конструкций. По словам Гумбша, эта технология имеет потенциал для использования в будущем в инженерии, где высокая емкость накопления энергии и выдающиеся механические свойства являются важными требованиями, сообщает SciTechDaily.