När det gäller att ta plats utan att lägga på för mycket vikt, bubblan går inte att slå. Eftersom de mestadels är luft, de är extremt lätta och kan expandera för att fylla vilket utrymme som helst.

Forskare vid University of Pennsylvania, i samarbete med forskare från Korea Institute of Science and Technology hittade nyligen ett sätt att utnyttja dessa egenskaper hos bubblor för att skapa "mikrobomber, " en typ av material som expanderar med värme för att bilda "mikrokluster, " som passar sig själva att fylla sin fysiska instängdhet.

Vid utbyggnad till stora volymer och fyllning av utrymmen, mikrokluster blir extremt lätta med mjuka och anpassningsbara gränser. Med hjälp av detta material, forskarna hoppas kunna förbättra värme- och ljudisoleringen, elektromagnetisk interferensskärmning och en process som kallas störning som har använts inom robotik och materialdesign.

Forskningen leddes av postdoc Hyesung Cho, som fick råd av Shu Yang, professor i materialvetenskap och teknik vid Penns School of Engineering and Applied Science, och postdoc Seunggun Yu, som fick råd av Chong Min Koo, centerchef och huvudforskare vid Materials Architecture Research Centre vid KIST. Deras resultat publicerades i Naturkommunikation .

Förutom att bestämma hur många bubblor som behövdes för att uppta ett givet utrymme, forskarna ville veta hur detta material skulle fylla mallar och om de kunde skriva in mönster på klustrens ytor.

"Vi har fått vår inspiration från hur bönder i Japan gör fyrkantiga vattenmeloner, " Cho sa, "genom att odla dem i plastburar."

För att undersöka detta, forskarna förberedde mikrobrunnar av ett styvt material som inte kunde deformeras mot mikrobombers expansion. De värmde sedan försiktigt upp mikrobomberna, får dem att expandera, tunna ut skalet runt "bubblan" utan att spräcka den.

Genom att använda denna strategi, forskarna kunde skapa mikrokluster med en mängd olika former, som cirklar, trianglar, rutor, femhörningar och hexagoner, och partitioner (från enstaka till flera enheter per kluster), kantprofiler (från runda till skarpa hörn) och hierarki. De kunde överföra mikronanomönster till ytan av mikroklustren.

"Det fina med vårt tillvägagångssätt, "Yang sa, "är att vi faktiskt kan skriva in vilket mönster som helst i väggen inuti den fysiska instängningen, så, när materialet expanderar och mjuknar, det kommer att forma mönstret från väggen till dessa pärlor."

Dessa mikrobomber kan användas i en process som kallas "jamming, " partiklar som kläms ihop i ett trångt utrymme. Jamming kan användas för att ta tag i föremål och plocka upp dem, vilket är särskilt användbart inom robotteknik. Andra fysiska egenskaper hos system som fastnat är användbara för att förbättra material som används i elektronik, som telefonskärmar.

Forskarna hoppas att bättre förståelse av den volymetriska explosionen av mikrobomber samt hur de reagerar på vissa förhållanden och samspelet mellan materialets atomer kommer att göra det möjligt för dem att förbättra denna process av störning.

Med denna metod, forskarna hoppas också kunna skapa extremt lätta material som kan fylla stora utrymmen, som kan vara användbart vid isolering.

"När du tittar på något ihåligt, som ett tak, "Yang sa. "Det finns luft som faktiskt ger värme och akustisk isolering. Frågan är nu hur vi kan konstruera detta lätta material för att reflektera ljus, värme och/eller ljud genom att dra fördel av de ihåliga strukturerna utöver en enkel funktion."

Genom att skriva in mönster på mikroklustren, de hoppas kunna efterlikna komplexa strukturer i naturen, som Saharamyrans hårstrån, som är ihåliga men triangulära. Ytan har korrugeringar på det triangulära prismats övre fasetter och en platt botten som vetter mot myrans kropp. Den komplexa designen gör att myrans hår effektivt reflekterar det infraröda ljuset och håller myrans kropp sval i den heta ökensanden.