Les métamatériaux ont des propriétés qui dépendent de leur forme et de leur architecture. Chercheurs à l'AMOLF, L'Université de Leiden et l'Université de Tel Aviv ont trouvé une nouvelle façon de concevoir ces métamatériaux et leurs propriétés en incorporant délibérément de petites erreurs. Ils ont publié leurs résultats dans Physique de la nature .

Quelle est la différence entre une feuille de papier et une boule de papier froissée ? Les deux sont fabriqués à partir du même matériau, mais une feuille de papier est plate et souple, tandis qu'une boule froissée est raide et sphérique. Alors froisser une feuille de papier, modifie ses propriétés. « Nous appelons le papier un métamatériau mécanique :en changeant de forme, le matériau acquiert des propriétés différentes, " dit Anne Meeussen. Mais comment, exactement, change-t-on la forme pour obtenir des propriétés particulières ?

Introduction d'erreurs

La dernière idée vient d'une collaboration entre AMOLF, Université de Leyde et Université de Tel-Aviv. Anne Meeussen, Erdal Oğuz, Yair Shokef et Martin van Hecke ont enquêté sur l'incorporation délibérée d'une petite erreur dans un matériau, une imperfection topologique, d'observer ses effets. "Nous avons construit une structure qui montre un comportement particulier lorsqu'elle n'est appuyée sur aucune, mais deux points. En faisant ça, vous pouvez diriger les forces et les déformations vers différents emplacements. Un tel matériau peut être utilisé pour des applications où les efforts internes et les déformations doivent être coordonnés. Celles-ci vont des semelles de chaussures et des prothèses aux robots souples."

De petites erreurs dans un matériau influencent ses propriétés. Cependant, l'insertion contrôlée d'une petite erreur dans un métamatériau n'est pas si simple. L'équipe a conçu un matériau plat composé de pièces de puzzle triangulaires dont les côtés peuvent devenir concaves ou convexes. A l'aide d'une imprimante 3D, les chercheurs ont réalisé une version réelle du matériel théorique :un tapis de petites tiges reliées entre elles par des charnières flexibles. Cela leur a permis de ressentir ce qui se passe lorsque la structure est comprimée. Dans une matière parfaite, les pièces du puzzle s'emboîtent exactement de sorte que les côtés concaves ne se trouvent qu'à côté des côtés convexes. Lorsque les deux côtés sont pressés, le tapis se déforme facilement et est doux au toucher.

Effets particuliers

Mais que se passe-t-il si vous faites pivoter une rangée de pièces de puzzle de telle sorte qu'elles ne tiennent plus ? "Nous appelons cela une imperfection topologique, " explique Meeussen. " Vous ne pouvez pas simplement résoudre cette imperfection en faisant reculer une seule pièce du puzzle. " Dans le métamatériau conçu par Meeussen, une telle imperfection topologique a des conséquences inhabituelles. Presser le matériau imparfait des deux côtés donne une moitié molle qui se déforme et une moitié dure qui reste rigide. La compression à des points légèrement différents fait basculer les moitiés :le mou devient dur et le dur devient mou.

Meeussen dit, "Un tel effet asymétrique d'une imperfection topologique n'a jamais été démontré auparavant. Nous avons découvert comment intégrer ces imperfections de manière contrôlée, et nous avons formulé des règles générales pour ce faire. Par conséquent, tout le monde peut travailler avec ce concept. C'est une nouvelle façon d'appréhender les métamatériaux mécaniques, parce que nous appliquons des concepts de la matière condensée et des mathématiques. C'est excitant de voir qu'il y a un intérêt pour nos résultats dans toutes ces disciplines."