Per Jordan Raney, ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Meccanica Applicata, la scienza all'avanguardia a volte implica colpire un disco di gomma con un martello.

In un recente esperimento, lui e Chengyang Mo, uno studente laureato nell'Architected Materials Laboratory di Raney, usato una stampante 3D per rendere questo insolito, Struttura delle dimensioni di un frisbee. Consiste di centinaia di quadrati di gomma collegati, ciascuno con un cuscinetto a sfera all'interno. È un esempio di "metamateriale meccanico, "una classe di sistemi che esibiscono comportamenti fisici insoliti derivanti dalla loro geometria interna piuttosto che dalle proprietà dei materiali di cui sono fatti.

Raney e Mo stavano cercando di capire la propagazione di un tipo unico di onda non lineare chiamata solitone. Fare quello, hanno posizionato la loro struttura su cuscinetti a sfera e hanno installato una telecamera ad alta velocità per registrare il movimento dell'onda alle 6, 000 fotogrammi al secondo. Quindi, secondo la loro carta, pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica , hanno "eccitato il campione con un impattatore" o lo hanno colpito con un martello da $ 6 dal negozio di ferramenta.

Il loro studio è il primo a mostrare come queste onde viaggiano in un sistema morbido 2-D.

"Questo è interessante perché, in 2-D, l'onda cambia drasticamente a seconda di dove colpisci i quadrati, " dice Mo. "Quando l'impatto viene applicato ad una certa angolazione, l'onda si concentra e non si disperde mentre si muove."

Questo comportamento è stato precedentemente osservato in materiali granulari, come sabbia, dove è stato indicato come un "proiettile sonoro".

"È come un disturbo sul bordo di uno stagno, "dice Raney, "ma invece di estendersi all'esterno in modo circolare, l'onda viaggia attraverso lo stagno come un impulso compatto. Quel modo, tutta l'energia dell'input può essere ricevuta dall'output piuttosto che diffondersi."

Una migliore comprensione dei metamateriali meccanici come quello di Raney, Mo e i loro coautori creati potrebbero avere applicazioni biomediche, poiché l'impatto sui tessuti del corpo con impulsi di energia controllati potrebbe avere un valore diagnostico o terapeutico. Aerospaziale, sono possibili anche applicazioni navali o automobilistiche, con metamateriali meccanici che reindirizzano la forza di un impatto lontano da persone o carichi utili.