Geometrische ontwerpen die 1000 jaar oud zijn, kunnen helpen bij het creëren van futuristische materialen die op een dag kunnen worden gebruikt om zowel nieuwe medische technologieën als geavanceerde satellieten te bouwen. In een presentatie eerder deze week tijdens de bijeenkomst van de American Physical Society in maart, onthulde een groep wetenschappers van McGill University een nieuw soort materiaal dat is gebaseerd op islamitische kunst om zich op nieuwe manieren te ontwikkelen.
gerelateerde inhoud
- Wetenschappers gaan dichterbij het creëren van een onzichtbaarheidsmantel
Voor de meeste materialen, van katoen tot rubber, trekken ze in de ene richting aan elkaar in een andere, waardoor ze hun oorspronkelijke vorm verliezen. Dat komt omdat het uitrekken van een materiaal de geometrische onderstructuur kan veranderen. Wanneer zoiets als een rubberen band wordt getrokken, rekt die spanning het rubber uit, waardoor het dunner wordt in het proces. Maar onderzoekers van McGill University Ahmad Rafsanjani en Damiano Pasini hebben ontdekt dat door bepaalde patronen in een materiaal te integreren, het zelfs breder kan worden in plaats van dunner wanneer het in één richting wordt uitgerekt, meldt Jonathan Webb voor de BBC .
"In conventionele materialen, wanneer je in één richting trekt, krimpt het in andere richtingen, " zei Rafsanjani in een presentatie. "Maar met 'auxetische' materialen, als gevolg van hun interne architectuur, breiden ze zich uit in de laterale richting wanneer ze in één richting trekken."
Auxetische materialen zijn een voorbeeld van iets dat een 'metamateriaal' wordt genoemd - materialen die zodanig zijn ontworpen dat ze eigenschappen krijgen die van nature niet in de natuur voorkomen. In de afgelopen jaren hebben ingenieurs de mogelijkheid onderzocht om metamaterialen te maken met allerlei vreemde eigenschappen, zoals "meta-skin" gemaakt van siliconenlagen die objecten onzichtbaar kunnen maken voor radar of "onzichtbaarheidsmantels" die elektromagnetische straling zoals licht kunnen buigen. Auxetische metamaterialen hebben de mogelijkheid om zich in elke richting uit te breiden wanneer ze worden uitgerekt en terug te keren naar hun kleinere vorm, meldt Shannon Hall voor de nieuwe wetenschapper .
Twee patronen gevonden op de 1.000 jaar oude Karraqan-graftorens van Iran. (Ahmad Rafsanjani en Damiano Pasini / McGill University) Rafsanjani en Pasini waren op zoek naar geometrische ontwerpen die kunnen helpen rekbare metamaterialen te maken toen ze een reeks ontwerpen tegenkwamen die werden gevonden op een paar 1000 jaar oude torens gebouwd door oude Iraanse graven.
"Als je kijkt naar islamitische motieven, is er een enorme bibliotheek met geometrieën, " zei Rafsanjani tijdens een presentatie. "Op de muren van deze twee torens, kunt u ongeveer 70 verschillende architecturen vinden: betegelingen en krullenpatronen."
De twee onderzoekers ontdekten dat wanneer ze met behulp van een lasersnijder twee van deze geometrische ontwerpen in rubberen platen snijden, de vellen konden uitzetten als ze werden getrokken en krimpen wanneer ze werden geduwd, vergelijkbaar met een Hoberman Sphere.
Hoewel de ontwerpen op zichzelf mooi zijn, zijn ze uniek omdat ze beide vormen zonder hulp kunnen bevatten. Andere "bistabiele" metamaterialen zijn in het verleden beschreven, maar zoals Webb rapporteert, vereisen ze meestal complexe, origami-achtige plooien en velen hebben het moeilijk om hun uitgebreide staat te behouden. Rafsanjani zegt dat deze ontwerpen in alles kunnen worden geïntegreerd, van het ontwerpen van nieuwe stents tot het open houden van aderen of slagaders voor nieuwe soorten satellieten of zich ontvouwende zonnepanelen.
"Deze ontwerpen zijn gemakkelijker te fabriceren; alles wat je nodig hebt is een lasersnijder, " zei Rafsanjani.
