Allt började med en skakig tvättmaskin. Pedro Reis, chef för Flexible Structures Laboratory vid EPFLs tekniska högskola, rullade ihop en bit tyg och placerade den under maskinen för att hindra den från att röra sig. Efter att han såg hur väl det ihoprullade tyget fungerade som vibrationsdämpare, han började tänka. Han pratade med Samuel Poincloux, en postdoc på sitt labb, om hans idé och de insåg snart att fysiken bakom ett stycke hoprullat material som genomgår deformation faktiskt är ganska icke-trivial. De satte sig för att modellera processen, men med tanke på alla olika variabler som är involverade, de bestämde sig för att först förenkla problemet. Istället för att använda ihoprullat tyg, de började med ett skiktat föremål som hade en liknande geometri:en bok. "För våra experiment, vi använde flexibla plastark som vi staplade upp som sidorna i en bok, så att vi kunde justera och mäta deras kollektiva egenskaper, säger Poincloux.

Böjer en bok

Ingenjörerna tittade på två faktorer i synnerhet:mängden kraft som behövs för att böja en bunt ark, och det bästa sättet att mäta energin som förloras till friktion mellan par av sammanhängande ark. För att bedöma den första faktorn, de utvecklade en experimentell uppsättning som kunde böja de staplade arken och mäta mängden kraft som krävs. "Vi trodde först att kraften som behövdes för att böja två ark helt enkelt var två gånger större än ett ark, " säger Poincloux. "Men vi upptäckte att när du har flera ark staplade, ekvationen är inte längre linjär på grund av friktionsinteraktionen mellan arken. Det betyder att motståndet mot deformation ökar snabbare än antalet ark."

Tackling av friktion

Därefter tog de sig an frågan om friktion. "Vi visste att energi försvann när vi deformerade arken, men vi ville kunna mäta och förutsäga exakt hur mycket, " säger Poincloux. Han och Reis försökte först använda datormodeller men fann att de flesta inte helt tar hänsyn till friktion i konfigurationer med många gränssnitt. "Böjer en bok – eller i vårt fall, staplar av plastark — skapar friktionskrafter mellan de enskilda arken. Den friktionen kan inte försummas, " säger Poincloux. "Vi har några metoder för att mäta friktionsförlust men ingen befintlig matematisk modell som vi kunde använda." EPFL-ingenjörerna kontaktade därför Basile Audoly, forskare vid École Polytechnique, att dra nytta av hans arbete med att modellera strukturer som är mycket kompatibla. Forskargruppen kunde så småningom förutsäga resultaten av sina laboratorieexperiment med hjälp av en ny teori som införlivar effekten av friktion. "Vårt arbete kan fungera som en grund för att beskriva beteendet hos flerskiktsmaterial som grafen, eller till och med geologiska skikt, säger Poincloux.

Ingenjörerna hoppas också att deras upptäckt kan hjälpa forskare att bättre förstå mekanismerna för stötdämpning och designa mer effektiva dämpare, som madrasser och mattor, med inställbar energiavledning.