Американские исследователи создали метаматериалы с природной архитектурой, превосходящие традиционные по прочности

Инновационные метаматериалы с природным вдохновением

Как сообщает НВ — Техно: Учёные из Массачусетского технологического института и Северо-Восточного университета США разработали уникальные метаматериалы, внутреннее строение которых имитирует природные сетчатые структуры. С использованием технологий 3D-печати были получены образцы, отличающиеся высокой механической устойчивостью. Результаты исследования опубликованы в авторитетном издании Nature.

В основу новых материалов легли природные модели, такие как:

• сосудистые сети в листьях растений,
• вены на крыльях стрекоз,
• системы взаимосвязей в экосистемах.

Архитектура этих метаматериалов состоит из переплетённых балок разной толщины и длины. Полимерные элементы варьируются от микрометров до сантиметров, что обеспечивает сложную и разнообразную структуру.

Проверка механической устойчивости

В ходе испытаний проводились тесты на сжатие и ударопрочность, включая падение тяжёлых грузов на образцы. Новый тип метаматериалов продемонстрировал превосходство по сопротивлению нагрузкам в сравнении с традиционными сетчатыми и сотоподобными конструкциями. Такая архитектура получила название масштабных метаматериалов и создаётся с помощью алгоритмического генератора, который проектирует сеть балок разной толщины и длины.

Особенностью данных материалов является наличие краёв с плотной сеткой балок, напоминающей толстую кожуру помело - это улучшает способность поглощать удары. Благодаря этим свойствам, область применения может охватывать:

• защитные шлемы,
• броневые элементы,
• материалы для звукоизоляции и гашения вибраций.

Данное открытие знаменует важный этап в развитии метаматериалов, способных значительно превосходить по характеристикам традиционные аналоги. Использование природных принципов в инженерии открывает новые возможности для медицины, строительства и автомобильной промышленности. Для российской науки и промышленности такие разработки могут стать фундаментом для создания более надёжных и эффективных материалов, соответствующих мировым стандартам. Будущие исследования обещают улучшить прочность и функциональность, расширяя горизонты технологических инноваций.

Разработка метаматериалов с природной архитектурой открывает новые горизонты не только в строительстве и медицине, но и в других высоких технологиях. Например, инновационные методы управления наночастицами, предложенные учеными MIT, также обещают значительные прорывы в области медицины и фотоники, что подчеркивает важность интеграции природных принципов в науку и технологии.