Elektroniska komponenter som transistorer överför endast elektriska strömmar i en riktning. Tänk om vi kunde skapa material som kunde uppnå liknande effekter för mekaniska vibrationer? För många applikationer, ha material som överför vibrationer i en riktning, men inte i den andra, skulle vara mycket användbart. I naturen, sådant material finns inte, men en grupp fysiker från universitetet i Amsterdam har nu designat ett metamaterial som kan göra just det.

Material som visar denna "enkelriktade överföring av rörelse" kan, till exempel, användas för att bygga strukturer som skulle vara mycket mer motståndskraftiga mot jordbävningar. Normala material överför information och energi – både önskad och oönskad – i alla riktningar genom mekaniska vibrationer. Detta händer på alla skalor:jordens yta under ett skalv är ett exempel, men samma sak händer med gitarrsträngen när den plockas, eller med våra egna vävnader under ett ultraljud.

Robotiska metaatomer

I sin nya forskning, som publicerades i Naturkommunikation på torsdag, de fyra fysikerna skapade ett nytt "robotiskt" metamaterial. Varje byggsten i detta material är en liten robot som kan känna och agera på grannarnas beteende genom lokala återkopplingsslingor. Forskarna har använt dessa programmerbara återkopplingsslingor för att bryta rörelsesymmetri. Som ett resultat, en given byggsten reagerar inte på samma sätt på förskjutningen av sin vänstra granne som den gör till den till höger.

Envägsförstärkning

Genom att sätta ihop flera av dessa byggstenar, forskarna satte ihop ett metamaterial med en unik egenskap:vågor som utbreder sig genom detta material skingras (dämpas) när de fortplantar sig i en riktning men förstärks när de utbreder sig i motsatt riktning. Detta robotmaterial är nyckeln i utvecklingen av nya vågledningssystem som kan fokusera oönskade vibrationer på starka delar av strukturer. Förutom att bygga fasta strukturer, den enriktade förstärkningen kan, till exempel, användas för att utnyttja energi eller utföra mätningar av hög kvalitet utan att påverka sin omgivning.