Interactions virtuelles

Comme l'explique Sirota, La théorie du contrôle est un domaine du génie mécanique qui utilise des outils mathématiques pour concevoir des algorithmes qui décrivent le comportement d'un système en réponse à une sorte de force ou d'actionnement. Il permet le genre d'interventions que l'on trouve dans les voitures autonomes ou assistées. Par exemple, alors que traditionnellement, un pare-chocs en plastique à l'avant de la voiture absorberait l'impact d'une collision, dans un véhicule autonome ou assisté, une caméra mesure la distance par rapport à la voiture qui précède et intervient avec la commande de freinage lorsqu'elle se rapproche trop. Comme le souligne Shokef, cela imite déjà une interaction non réciproque car il n'y a pas de réaction égale et opposée dans la voiture devant comme il y en aurait lors d'une collision avec le pare-chocs. Par conséquent, les chercheurs ont pu appliquer les principes de la théorie du contrôle pour concevoir un métamatériau mécanique actif capable d'une non-réciprocité similaire dans les interactions entre les éléments.

Ils ont commencé par modéliser un métamatériau mécanique constitué d'un réseau d'unités de masse connectées, où les unités ne peuvent se déplacer que vers le haut ou vers le bas - un degré de liberté par masse. Cependant, au lieu d'avoir la dynamique du système régie par les lois du mouvement de Newton, un contrôleur de rétroaction est situé sur chaque masse, qui mesure la position des masses voisines, calcule comment la masse réagirait si elle était régie par une expression quantique non réciproque pour l'interaction, puis applique juste la bonne action pour obtenir cette réponse. "Nous remplaçons l'interaction naturelle (des sources) par une interaction virtuelle si vous voulez, " dit Lahini.

Des simulations du métamatériau mécanique contrôlé par rétroaction active ont montré qu'il pouvait imiter le modèle quantique Haldane, qui décrit l'effet Hall quantique en l'absence de champ magnétique, quelque chose qui avait été difficile à imiter en utilisant des éléments mécaniques passifs. Quoi de plus, il le fait "sans pièces tournantes, " comme le souligne Sirota, ajouter, « Vous pouvez imiter différents effets topologiques sur la même plate-forme. » Les chercheurs ont également pu imiter le modèle Haldane modifié, ainsi qu'un isolant topologique multipolaire pseudospin en ajustant simplement le logiciel de contrôle.

Bien qu'il y ait eu un certain succès dans la réalisation de métamatériaux mécaniques actifs dans une dimension, ce travail innove pour les métamatériaux mécaniques bidimensionnels avec retour de contrôle actif. Prochain, Sirota travaille sur une réalisation du métamatériau par ondes acoustiques, qui sont plus faciles à contrôler et peuvent offrir un aperçu intuitif de la mécanique quantique. Ici, une onde acoustique passe entre deux plaques parallèles où l'une comprend les éléments de contrôle de rétroaction actifs utilisant des haut-parleurs et des microphones pour conférer des interactions virtuelles non réciproques.

En plus des capacités pratiques, le système peut, par exemple, offrir une isolation phonique et un masquage acoustique ; les chercheurs voient le potentiel de leur analogue mécanique à ajouter à la compréhension des états topologiques de la matière. "Si les choses correspondent exactement un à un, ce n'est pas intéressant, " dit Shokef. " Mais au moment où cette cartographie n'est pas parfaite, des phénomènes nouveaux et intéressants apparaissent."

"De plus, " Lahini ajoute, "Le système mécanique peut permettre d'introduire de manière contrôlée de nombreux composants difficiles ou impossibles à réaliser dans la matière condensée - interactions, non-linéarités, potentiels dynamiques, limites et plus encore."

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