Inspirerad av det roliga att spela med Legos, ett internationellt team av forskare från Tianjin University of Technology och Harvard University har använt idén om att sätta ihop byggstenar för att göra löftet om nästa generations material till en praktisk verklighet.

Publicerar online i tidningen Förfaranden från National Academy of Sciences Mar, 20, Nan Yang från Laboratory for Design and Intelligent Control of Advanced Mechatronical Systems och Jesse Silverberg från Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering tog bort en viktig flaskhals som bromsade översättningen av vetenskapliga framsteg till kommersiella tillämpningar.

Silverberg beskrev det så här:"Metamaterial driver en revolution inom materialvetenskap. Det nuvarande tillvägagångssättet för att bygga vardagliga saker visar sig vara begränsat eftersom materialen vi arbetar med har ett relativt smalt utbud av egenskaper och kapacitet."

Metamaterial går utöver vad som finns i naturen genom att montera enkla element i upprepade mönster. I stor skala, dessa mindre komponenter påverkar den större konstruktionen på ovanliga sätt. Yang noterade "Mängden applikationer växer. Idag ser vi mekaniska metamaterial som används för att forma flödet av vibrationsvågor som jordbävningar för att skydda byggnader. I morgon, vem vet vad som händer härnäst."

Forskarna, dock, var oroliga för att dessa upptäckter inte har flyttat från labbet till marknaden tillräckligt snabbt. En utmaning de noterade var tiden och svårigheten att designa för verkliga applikationer.

Några år sedan, origami - konsten att vika papper - erkändes för sin förmåga att snabbt omvandla platta ark till 3D-mönster med ovanliga metamaterialegenskaper. "Även om det är lätt att vika, den tid som krävs för att hitta bra mönster för praktiska problem är ofta för dyr, "sa Silverberg." Antag att du ville att ett mekaniskt metamaterial skulle absorbera stötar under en bilolycka. Vad är den bästa designen för det? Och även om du hittar ett bra vikmönster, passar det ens med bilens chassi? "

Både Yang och Silverberg har små barn. De beskrev sitt 'ah-ha'-ögonblick så här:"Vi arbetade sent en kväll via Skype och vi insåg att lösningen bokstavligen låg på golvet framför oss. Tänk om vi kunde bygga metamaterial som våra barn bygger med Legos?"

Denna insikt fick forskarna att utforma en standard uppsättning byggstenar. "Vi började designa en grundenhet, ungefär som det klassiska 2-by-4 Lego-teglet, men istället för att göra dem i olika färger, vi gav dem olika mekaniska egenskaper. En stel, en mjuk, etc, " sa Silverberg. En gång designad, laget kunde skapa större och mer genomarbetade strukturer på samma sätt som deras barn skapade flerfärgade fartyg och robotar.

Som exempel, forskarna visade hur man sätter ihop två olika typer av mekaniska "mantelmaterial". De gav också exempel på hur en förutbestämd uppsättning egenskaper kan konstrueras till godtyckliga 3D-strukturer, en mycket svårfångad utmaning sedan metamaterialforskningens början.

Yang fortsatte, "Nu som har en grundläggande strategi, vi arbetar fram designen för ännu fler "tegelstenar" och metoder för att snabbt montera dem. "Silverberg tillade, "Blickar framåt, vi förutser verktyg som gör det möjligt för alla med en dator att enkelt utforma komplexa metamaterial. "