När ett material tillverkas, Du kan vanligtvis inte ändra om det materialet är hårt eller mjukt. Men en grupp forskare från University of Michigan har utvecklat ett nytt sätt att designa ett "metamaterial" som gör att materialet kan växla mellan att vara hårt och mjukt utan att skada eller förändra själva materialet.

Metamaterial är konstgjorda material som får sina egenskaper - i det här fallet, huruvida ett material är hårt eller mjukt – utifrån hur materialet är konstruerat snarare än materialet som konstruerar det. Detta tillåter forskare att manipulera ett metamaterials struktur för att få materialet att uppvisa en viss egenskap.

I gruppens studie, publiceras i tidskriften Naturkommunikation , UM-forskarna upptäckte ett sätt att komponera ett metamaterial som lätt kan manipuleras för att öka styvheten på dess yta i storleksordningar – skillnaden mellan gummi och stål.

Eftersom dessa egenskaper är "topologiskt skyddade, betyder att materialets egenskaper kommer från dess totala struktur, de är lätta att underhålla även när materialet skiftar upprepade gånger mellan sitt hårda och mjuka tillstånd.

"Den nya aspekten av detta metamaterial är att dess yta kan växla mellan hård och mjuk, sa Xiaoming Mao, biträdande professor i fysik. "Vanligtvis, det är svårt att ändra styvheten hos ett traditionellt material. Det är antingen hårt eller mjukt efter att materialet har gjorts."

Till exempel, en tandfyllning kan inte ändras efter att tandläkaren har ställt in fyllningen utan att orsaka stress, antingen genom borrning eller slipning, till den ursprungliga fyllningen. En gitarrsträng kan inte dras åt utan att belasta själva strängen, enligt Mao.

Mao säger att hur ett föremål kommer i kontakt med kanten på metamaterialet förändrar geometrin hos materialets struktur, och därmed hur materialet reagerar på stress vid kanten. Men metamaterialets topologiska skydd gör att insidan av metamaterialet förblir skadefri.

Materialet skulle en dag kunna användas för att bygga bilar eller raketuppskjutningssystem. I bilar, materialet kan hjälpa till att absorbera stötar från en krock.

"När du kör bil, du vill att bilen ska vara stel och bära en last, " sa Mao. "Under en kollision, du vill att komponenterna ska bli mjukare för att absorbera energin från kollisionen och skydda passageraren i bilen."

Forskarna föreslår också att materialet kan användas för att tillverka cykeldäck som kan anpassa sig för att lättare åka på mjuka ytor som sand, eller för att göra skador resistenta, återanvändbara raketer.