Pour Jordan Raney, professeur adjoint au Département de génie mécanique et mécanique appliquée, la science de pointe consiste parfois à frapper un disque en caoutchouc avec un marteau.

Dans une expérience récente, lui et Chengyang Mo, un étudiant diplômé du laboratoire des matériaux architecturaux de Raney, utilisé une imprimante 3D pour rendre cela inhabituel, Structure de la taille d'un frisbee. Il se compose de centaines de carrés de caoutchouc connectés, chacun avec un roulement à billes à l'intérieur. C'est un exemple de « métamatériau mécanique, " une classe de systèmes qui présentent des comportements physiques inhabituels dus à leur géométrie interne plutôt qu'aux propriétés des matériaux qui les composent.

Raney et Mo essayaient de comprendre la propagation d'un type unique d'onde non linéaire appelé soliton. Pour faire ça, ils ont placé leur structure sur des roulements à billes et ont installé une caméra à grande vitesse pour enregistrer le mouvement de la vague à 6, 000 images par seconde. Puis, selon leur papier, publié dans la revue Lettres d'examen physique , ils ont "excité l'échantillon avec un impacteur" ou l'ont frappé avec un maillet à 6 $ de la quincaillerie.

Leur étude est la première à montrer comment ces ondes se déplacent dans un système 2D mou.

"C'est intéressant parce que, en 2D, la vague change radicalement selon l'endroit où vous frappez les carrés, " dit Mo. "Lorsque l'impact est appliqué à un certain angle, la vague se focalise et ne se disperse pas en se déplaçant."

Ce comportement a déjà été observé dans des matériaux granulaires, comme du sable, où il a été qualifié de « balle saine ».

"C'est comme une perturbation au bord d'un étang, " dit Raney, "mais au lieu de s'étendre vers l'extérieur de façon circulaire, la vague traverse l'étang comme une impulsion compacte. De cette façon, toute l'énergie de l'entrée peut être reçue par la sortie plutôt que de se propager."

Une meilleure compréhension des métamatériaux mécaniques comme celui de Raney, Mo et leurs co-auteurs créés pourraient avoir des applications biomédicales, car impacter les tissus du corps avec des impulsions d'énergie contrôlées pourrait avoir une valeur diagnostique ou thérapeutique. Aérospatial, des applications navales ou automobiles sont également possibles, avec des métamatériaux mécaniques détournant la force d'un impact loin des personnes ou des charges utiles.