Створено метарідину з програмованими властивостями

Ми чуємо про створення метаматеріалів, властивості яких такі химерні, що вони поєднують непоєднувані в природі характеристики від твердості та пружності до невидимості, звукоізоляції та інших. Вчені зі США проробили щось подібне в галузі рідких речовин. Створену в Гарварді метарідкість можна програмувати на ті чи інші якості: змінювати в’язкість, прозорість, силу стиснення або навіть перетворювати з ньютонівської на неньютонівську і назад.

З метаматеріалами просто, якщо так можна сказати. Їх характеристики визначає продумана структура з дрібніших компонентів. Форма, розмір та розташування цих компонентів дозволяють маніпулювати розповсюдженням електромагнітних або звукових хвиль, створювати зусилля у певних точках та розслабляти в інших. Якщо зважити на той факт, що рідини течуть і набувають форми ємності, то метарідкості можуть проявити себе там, де тверді метаматеріали себе ще не проявили або в принципі не можуть проявити.

«На відміну від твердих метаматеріалів, метарідини мають унікальну здатність текти і пристосовуватися до форми свого контейнера, — говорить Катя Бертольді (Katia Bertoldi), перший автор дослідження, вчений з Гарвардської школи інженерії та прикладних наук (SEAS). — Нашою метою було створити метарідкість, яка не тільки має ці чудові властивості, а й забезпечує платформу для програмованої в’язкості, стисливості та оптичних властивостей».

Запропонована вченими метарідкість є завись наповнених повітрям кульок з еластомеру діаметром від 50 до 500 мкм. Крихітні кульки поміщені в розчин силіконової олії. Якщо до контейнера з кульками додати тиск, то вони стискатимуться і знову прийматимуть круглу форму, коли тиск спаде. Кожен із цих двох станів надає метарідкості свої унікальні властивості.

Наприклад, коли тиску немає, кульки залишаються круглими і розсіюють падаючий на них світло. З подачею тиску кульки набувають плоскої лінзоподібної форми і починають пропускати фонове зображення. На даному ефекті можна уявити роботу кольорового електронного чорнила. Або інший приклад — це кисть робота зі зворотним зв’язком для м’якого захоплення крихких предметів. Метажідкість автоматично без датчиків тиску тільки шляхом своєї здатності реагувати на зовнішній тиск регулює силу стиснення: одну при зніманні ягід, іншу при збиранні яєць і третю при підйомі ваги.

Також запропонована вченими метарідкість може перемикатися між ньютонівськими та неньютонівськими рідинами. Коли капсули мають сферичну форму — це ньютонівська система, тобто її в’язкість змінюється тільки з температурою, подібно до води, але коли вони стискуються, рідина стає неньютонівською, що змушує її в’язкості діяти за іншими законами.

Крім наведених вище прикладів метарідкость може використовуватися в амортизаторах, які отримають здатність розсіювати енергію удару і навіть у водяних комп’ютерах, граючи роль логіки. Нарешті, навіть властивості вигаданої метарідкості можна буде змінювати в широких межах, змінюючи лише розмір кульок у ній, про що вчені розповіли у роботі, опублікованій у журналі Nature.