Уявіть середньовічного лицаря в важких металевих обладунках. Вони були надійними, але жорсткими, і будь-який рух давався важко. Сучасні технології значно покращили захисні матеріали, проте проблема «статичної» жорсткості все ще лишається актуальною для броні, медичних імплантів, протезів та навіть м’яких роботів.
Міжнародна команда фізиків знайшла спосіб обійти це обмеження, використовуючи унікальні властивості матеріалів, так звані механічні вигини або кінки. Це переходи між внутрішніми станами матеріалу: атоми і молекули залишаються ті самі, але їхнє розташування змінюється, створюючи різну жорсткість і структуру. До цього часу спроби керувати кінками за допомогою звукових хвиль призводили до хаотичного та непередбачуваного руху матеріалу.
Нова робота показала, що акустичні хвилі можна використати для точного контролю жорсткості. Вчені створили масштабну модель, що імітує атоми матеріалу за допомогою рухомих дисків, один із яких позначили як кінк. Впливаючи на нього звуковими коливаннями, вони змогли змінювати жорсткість дисків вище і нижче кінка: верхні диски ставали м’якшими або жорсткішими залежно від того, куди переміщався кінк.
Це відкриває шлях до створення матеріалів, що «розумно» змінюють форму і жорсткість на вимогу. У перспективі технологія може знайти застосування у м’яких роботах, протезах, імплантах, а також у броні, яка підлаштовується під рухи користувача.
Дослідження публікується у журналі Nature Communications, а наступні кроки включатимуть моделі меншого масштабу та тривимірні конструкції. Можливо, якби середньовічні лицарі мали такі матеріали, важкі обладунки стали б не лише надійними, а й зручними.