U svakodnevici koristimo objekte koji posjeduju specifična svojstva koja im omogućuju obavljanje određenih funkcija. Primjerice, mekoća jastuka pruža udobnost, dok krutost valjka za tijesto omogućuje ravnomjerno valjanje. Jednom izrađeni, ti objekti ne mogu promijeniti svoja svojstva. Jastuk nikada neće postati valjak za tijesto, niti će valjak za tijesto pružiti udobnost jastuka.

No, zamislite objekt koji može promijeniti svoja svojstva iz mekog u kruto jednim jednostavnim potezom. Takav objekt mogao bi biti mekan poput jastuka u jednom trenutku, a krut poput valjka za tijesto u drugom. Ova multifunkcionalnost mogla bi značajno smanjiti potrebu za različitim resursima, donoseći revoluciju u održivost svakodnevnih tehnologija.

Napredak u materijalima
Moj tim i ja istražujemo rekonfigurabilne mehaničke metamaterijale, koji predstavljaju novu klasu materijala s prilagodljivom unutarnjom strukturom. Ovi materijali imaju jedinstvenu sposobnost prebacivanja između tri suprotstavljena stanja: floppy, kruto i multistabilno. To znači da se svojstva mogu mijenjati prema potrebi, omogućujući materijalu da bude tvrd ili mekan, ili čak zadrži energiju.

Predmet izrađen od ovih metamaterijala može postati krut kako bi izdržao vanjske sile, prilagoditi oblik kao floppy mehanizam, ili apsorbirati energiju kao multistabilni materijal. Ova sposobnost čini ga iznimno korisnim za različite primjene.

Postprodukcijska prilagodba
Ključna komponenta ovih materijala je meta-zglob koji omogućuje promjenu svojstava nakon izrade. Promjena se događa primjenom sila na određene točke, gdje se rubovi spajaju i formiraju fleksibilan zglob. U jednom stanju, blok je krut jer zglob nije aktiviran, dok u drugom stanju aktivacija zgloba omogućuje lokalnu rotaciju, čineći ga fleksibilnim.

Ovaj rekonfigurabilni blok može se koristiti za stvaranje struktura s prilagodljivim svojstvima. Na primjer, greda može biti kruta ili fleksibilna, ovisno o primijenjenom opterećenju. Također, blokovi se mogu složiti u dvije dimenzije kako bi se stvorile različite konfiguracije, svaka sa svojim karakteristikama: kruta, floppy ili multistabilna.

Praktične primjene
Ovi multifunkcionalni materijali mogu se primijeniti u raznim sektorima. Osim fizičkih svojstava, mogu se prilagoditi i geometrijska svojstva. Na primjer, reprogramiranjem jedinica moguće je mijenjati veličinu i oblik proizvoda.

Jedan od primjera je multifunkcionalna vješalica za odjeću. Selektivnom aktivacijom zglobova, vješalica se može sklopiti radi uštede prostora ili proširiti kako bi primila odjeću različitih veličina. Ova razina prilagodljivosti dovodi do održivijeg korištenja resursa.

Sve-u-jednom klasa metamaterijala pomaže u stvaranju višestruko namijenjenih proizvoda. Multifunkcionalnost obećava smanjenje korištenja resursa, otvara održivi put za buduće tehnologije i pridonosi ostvarivanju ciljeva održivosti, čime se stvara zelenija i otpornija budućnost.

Original:
Damiano Pasini
Profesor mehanike i materijala na Sveučilištu McGill