Inspiré par le plaisir de jouer avec Legos, une équipe internationale de chercheurs de l'université de technologie de Tianjin et de l'université de Harvard a utilisé l'idée d'assembler des éléments constitutifs pour faire de la promesse des matériaux de nouvelle génération une réalité pratique.

Publication en ligne dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences Mar, 20, Nan Yang du Laboratoire de conception et de contrôle intelligent des systèmes mécatroniques avancés et Jesse Silverberg du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ont supprimé un goulot d'étranglement clé qui ralentissait la traduction des progrès scientifiques en applications commerciales.

Silverberg l'a décrit comme ceci :« Les métamatériaux sont à l'origine d'une révolution dans la science des matériaux. L'approche actuelle de la construction de choses de tous les jours s'avère limitée car les matériaux avec lesquels nous travaillons ont une gamme de propriétés et de capacités relativement étroite.

Les métamatériaux vont au-delà de ce que l'on trouve dans la nature en assemblant des éléments simples en motifs répétitifs. A grande échelle, ces composants plus petits influencent la construction plus grande de manière inhabituelle. Yang a noté "La variété des applications augmente. Aujourd'hui, nous voyons des métamatériaux mécaniques utilisés pour façonner le flux d'ondes vibratoires comme les tremblements de terre pour protéger les bâtiments. Demain, qui sait quelle sera la suite."

Les chercheurs, cependant, craignaient que ces découvertes ne soient pas passées assez rapidement du laboratoire au marché. Un défi qu'ils ont noté était le temps et la difficulté de concevoir pour des applications du monde réel.

Il y a quelques années, l'origami - l'art du pliage du papier - a été reconnu pour sa capacité à convertir rapidement des feuilles plates en motifs 3D avec des propriétés de métamatériau inhabituelles. "Bien que facile à plier, le temps nécessaire pour trouver de bonnes conceptions pour des problèmes pratiques est souvent trop coûteux, " dit Silverberg. " Supposons que vous vouliez un métamatériau mécanique pour absorber l'impact lors d'un accident de voiture. Quel est le meilleur design pour ça ? Et même si vous trouvez un bon modèle de pliage, s'adapte-t-il même au châssis de la voiture ?"

Yang et Silverberg ont tous deux de jeunes enfants. Ils ont décrit leur moment « ah-ha » comme suit :« Nous travaillions tard une nuit sur Skype et nous avons réalisé que la solution était littéralement sur le sol devant nous. Et si nous pouvions construire des métamatériaux comme nos enfants le construisent avec des Lego ? »

Cette idée a conduit les chercheurs à concevoir un ensemble standard de blocs de construction. "Nous avons commencé à concevoir une unité de base, un peu comme la brique classique Lego 2-par-4, mais au lieu de les faire dans des couleurs différentes, nous leur avons donné des propriétés mécaniques différentes. Un raide, un doux, etc, " a déclaré Silverberg. Une fois conçu, l'équipe a pu créer des structures plus grandes et plus élaborées de la même manière que leurs enfants créaient des navires et des robots multicolores.

A titre d'exemples, les chercheurs ont montré comment assembler deux types différents de "matériaux d'occultation" mécaniques. Ils ont également donné des exemples de la façon dont un ensemble prédéterminé de propriétés peut être conçu dans des structures 3D arbitraires, un défi très insaisissable depuis le début de la recherche sur les métamatériaux.

Yang continua, "Maintenant qui ont une stratégie de base, nous travaillons sur la conception d'encore plus de " briques " et de méthodes pour les assembler rapidement. " Silverberg a ajouté, "Regarder vers l'avant, nous prévoyons des outils qui permettent à n'importe qui avec un ordinateur de concevoir facilement des métamatériaux complexes."