Vad har en loppa och en örn gemensamt? De kan lagra energi i sina fötter utan att kontinuerligt behöva dra ihop sina muskler för att sedan hoppa högt eller hålla fast vid bytet. Nu har forskare vid Queen Mary University of London och University of Cambridge skapat material som kan lagra energi på detta sätt, pressas upprepade gånger utan att skada, och även byta form vid behov.

Dessa typer av material kallas auxetik och beter sig ganska annorlunda än vanliga material. Istället för att svälla ut när det pressas, de kollapsar åt alla håll, lagra energin inuti.

Nuvarande auxetic materialdesign har skarpa hörn som gör att de kan vikas på sig själva, uppnå högre densitet. Detta är en egenskap som nyligen har uppmärksammats i lättviktspansardesigner, där materialet kan kollapsa framför en kula vid kollisionen. Detta är viktigt eftersom massa framför en kula är den största faktorn för rustningseffektivitet.

De skarpa hörnen koncentrerar också krafter och gör att materialet spricker om det kläms flera gånger, vilket inte är ett problem för pansar då den bara är designad för att användas en gång.

I den här studien, publiceras i Gränser i material , forskargruppen gjorde om materialen med släta kurvor som fördelar krafterna och möjliggör upprepade deformationer för andra applikationer där energilagring och formförändrande materialegenskaper krävs.

Arbetet lägger grunden för konstruktioner av lätta 3D-stöd, som också viker sig på specifika sätt och lagrar energi som kan frigöras vid behov.

Huvudutredare Dr. Stoyan Smoukov, från Queen Mary University of London, sa:"Den spännande framtiden för nya materialdesigner är att de kan börja ersätta enheter och robotar. All smart funktionalitet är inbäddad i materialet, till exempel den upprepade förmågan att haka fast vid föremål på samma sätt som örnar fäster vid byten, och håll ett skruvliknande grepp utan att spendera mer kraft eller ansträngning."

Teamet förväntar sig att dess naturinspirerade design kan användas i energieffektiva gripverktyg som krävs inom industrin, omkonfigurerbara form-on-demand-material, och även galler med unikt termiskt expansionsbeteende.

Eesha Khare, en gästande student från Harvard University som var avgörande för att definiera projektet, tillade:"Ett stort problem för material som utsätts för svåra förhållanden, som hög temperatur, är deras expansion. Ett material kan nu utformas så att dess expansionsegenskaper kontinuerligt varierar för att matcha en temperaturgradient längre och närmare en värmekälla. Den här vägen, den kommer att kunna anpassa sig naturligt till upprepade och allvarliga förändringar."

De flexibla auxetic materialdesignerna, som inte var möjliga tidigare, anpassades specifikt för att enkelt kunna 3D-skrivas, en egenskap som författarna anser vara väsentlig.

Dr Smoukov tillade:"Genom att odla saker lager för lager nerifrån och upp, de möjliga materialstrukturerna är mestadels begränsade av fantasi, och vi kan enkelt dra nytta av inspirationer vi får från naturen."