För Jordan Raney, biträdande professor vid institutionen för maskinteknik och tillämpad mekanik, spetskunskap innebär ibland att man slår en gummiskiva med en hammare.

I ett nyligen genomfört experiment, han och Chengyang Mo, en doktorand i Raneys arkitekterade materiallaboratorium, använde en 3D-skrivare för att göra detta ovanligt, Frisbeestorlek. Den består av hundratals anslutna gummirutor, var och en med ett kullager inuti. Det är ett exempel på ett "mekaniskt metamaterial, "en klass av system som uppvisar ovanliga fysiska beteenden som härrör från deras inre geometri snarare än från egenskaperna hos de material som de är gjorda av.

Raney och Mo försökte förstå utbredningen av en unik typ av olinjär våg som kallas en soliton. Att göra det, de placerade sin struktur ovanpå kullager och satte upp en höghastighetskamera för att spela in vågens rörelse vid 6, 000 bilder per sekund. Sedan, enligt deras papper, publicerad i tidningen Fysiska granskningsbrev , de "upphetsade provet med en slagkropp" - eller slog det med en hammare på $ 6 från järnaffären.

Deras studie är den första som visar hur dessa vågor färdas i ett mjukt 2-D-system.

"Det här är intressant eftersom i 2-D, vågen förändras dramatiskt beroende på var du träffar rutorna, "säger Mo." När påverkan appliceras i en viss vinkel, vågen fokuserar sig själv och sprider sig inte när den rör sig. "

Detta beteende har tidigare observerats i granulära material, som sand, där det har kallats en "ljudkula".

"Det är som en störning vid kanten av en damm, säger Raney, "men i stället för att sprida sig utåt på ett cirkulärt sätt, vågen färdas över dammen som en kompakt puls. På det sättet, all energi från ingången kan tas emot av utgången snarare än att sprida sig. "

En bättre förståelse av mekaniska metamaterial som Raney, Mo och deras medförfattare skapade kan ha biomedicinska tillämpningar, eftersom påverkan av kroppens vävnader med kontrollerade energipulser kan ha diagnostiskt eller terapeutiskt värde. Aerospace, marin- eller fordonsapplikationer är också möjliga, med mekaniska metamaterial som omdirigerar kraften från en påverkan från människor eller nyttolaster.