Ett nytt smart och lyhört material kan stelna upp som en tränad muskel, säger Iowa State University-ingenjörerna som utvecklade den.

Stressa en muskel och den blir starkare. Spänn mekaniskt det gummiartade materialet - säg med en vridning eller en böj - och materialet styvar automatiskt med upp till 300 procent, sa ingenjörerna. I labbtester, mekaniska påkänningar förvandlade en flexibel remsa av materialet till en hård komposit som kan bära 50 gånger sin egen vikt.

Detta nya kompositmaterial behöver inte externa energikällor som värme, ljus eller elektricitet för att ändra dess egenskaper. Och det kan användas på många olika sätt, inklusive tillämpningar inom medicin och industri.

Materialet beskrivs i en artikel som nyligen publicerats online av den vetenskapliga tidskriften Material horisonter . Huvudförfattarna är Martin Thuo och Michael Bartlett, Iowa State biträdande professorer i materialvetenskap och teknik. De första författarna är Boyce Chang och Ravi Tutika, Iowa State doktorander i materialvetenskap och teknik. Chang är också studentassistent vid det amerikanska energidepartementets Ames Laboratory.

Iowa State startmedel för Thuo och Bartlett stödde utvecklingen av det nya materialet. Thuos Black &Veatch-fakultetsstipendium bidrog också till att stödja projektet.

Utvecklingen av materialet kombinerade Thuos expertis inom mikrostorlek, flytande metallpartiklar med Bartletts expertis inom mjuka material som gummi, plaster och geler.

Det är en kraftfull kombination.

Forskarna fann en enkel, billigt sätt att producera partiklar av underkyld metall - det är metall som förblir flytande även under sin smälttemperatur. De små partiklarna (de är bara 1 till 20 miljondels meter i diameter) skapas genom att droppar av smält metall exponeras för syre, skapar ett oxidationsskikt som täcker dropparna och hindrar den flytande metallen från att bli fast. De hittade också sätt att blanda de flytande metallpartiklarna med ett gummiartat elastomermaterial utan att bryta partiklarna.

När detta hybridmaterial utsätts för mekaniska påfrestningar - tryckande, vridning, böjning, klämning - de flytande metallpartiklarna bryts upp. Den flytande metallen rinner ut ur oxidskalet, smälter samman och stelnar.

"Du kan klämma de här partiklarna precis som en ballong, " sa Thuo. "När de poppar, det är det som får metallen att flyta och stelna."

Resultatet, Bartlett sa, är ett "metallnät som bildas inuti materialet."

Thuo och Bartlett sa att knallpunkten kan ställas in för att få den flytande metallen att flyta efter varierande mängder av mekanisk påfrestning. Tuning kan innebära att byta metall som används, ändra partikelstorleken eller ändra det mjuka materialet.

I detta fall, de flytande metallpartiklarna innehåller Fields metall, en legering av vismut, indium och tenn. Men Thuo sa att andra metaller kommer att fungera, för.

"Tanken är att oavsett vilken metall du kan få till underkylning, du kommer att få samma beteende, " han sa.

Ingenjörerna säger att det nya materialet kan användas inom medicin för att stödja ömtåliga vävnader eller i industrin för att skydda värdefulla sensorer. Det kan också finnas användningsområden inom mjuk och bioinspirerad robotik eller omkonfigurerbar och bärbar elektronik. Iowa State University Research Foundation arbetar med att patentera materialet och det är tillgängligt för licensiering.

"En enhet med detta material kan böjas upp till en viss mängd belastning, " Sa Bartlett. "Men om du fortsätter att betona det, elastomeren kommer att stelna och stoppa eller bromsa dessa krafter."

Och det, ingenjörerna säger, är hur de lägger lite muskler i sitt nya smarta material.