KIT araştırmacıları, geleneksel malzemelerden farklı şekilde esneyen ve sıkışan metamalzeme üretti.
Metamalzemeler, doğada bulunmayan ve özel olarak geliştirilmiş yapay malzemelerdir. Bu malzemelerin yapı taşları, geleneksel malzemelerdeki atomlar gibi davranır; ancak optik, elektriksel veya manyetik açıdan özel niteliklere sahiptir. Bu yapı taşları arasındaki etkileşim, metamalzemelerin işlevselliği açısından oldukça önemlidir. Günümüze kadar bu etkileşim, genellikle yalnızca komşu yapı taşları arasında gerçekleşebiliyordu. Ancak Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü’nden (KIT) araştırmacılar, etkileşimlerin malzemede daha geniş mesafelere yayılmasını sağlayan yeni bir mekanik metamalzeme geliştirdi. Bu yenilik, kuvvet ölçümü veya statik izleme gibi alanlarda kullanılma potansiyeli taşımaktadır.
KIT Uygulamalı Fizik Enstitüsü’nden (APH) Profesör Martin Wegener’in liderliğindeki araştırma grubu, metamalzemelerdeki bu sınırlamayı aşmayı başardı. Çalışmanın baş yazarı Dr. Yi Chen, bunu insan iletişimine ve "Sessiz Posta" oyununa benzeterek açıklıyor: Bir aracı üzerinden iletişim kurduğunuzda, doğrudan bir sohbete kıyasla farklı sonuçlarla karşılaşabilirsiniz. Chen, benzer bir prensibin bu yeni metamalzeme tasarımında da geçerli olduğunu belirtiyor. "Geliştirdiğimiz malzeme, özel yapılar içeriyor (çizimde kırmızı ile gösterilen yapılar). Bu yapılar, bireysel yapı taşlarının yalnızca komşularıyla değil, aynı zamanda malzemedeki tüm diğer yapı taşlarıyla doğrudan 'iletişim kurmasına' olanak tanıyor," diye ekliyor.
3D yazıcı ile üretilen mikroskobik örnekler üzerinde yapılan deneyler
APH'den ortak yazar Ke Wang, "Bu yapılar, malzemeye olağan dışı esneme özellikleri gibi ilginç özellikler kazandırıyor," diye belirtiyor. Ekip, 3D lazer yazıcı ile üretilen mikron boyutundaki örnekler üzerinde çalışarak, bu özellikleri mikroskop altında gözlemledi ve kamerayla kaydetti. Bu incelemelerde, malzemenin bir ucundan çekildiğinde, tek boyutlu bir ipin (1D) eşit şekilde genişlemediği görüldü. Örneğin, sıradan bir lastik bant çekildiğinde her bölgesi aynı oranda esnerken, bu metamalzeme bazı bölgelerde sıkışmalar sergileyebiliyordu. Malzemenin daha kısa kısımları, aynı kuvvetin her yere uygulanmasına rağmen daha uzun kısımlara kıyasla daha fazla esneyebiliyordu. APH’den ortak yazar Jonathan Schneider, "Bireysel uzama ve sıkışmaların sadece yerel olarak meydana geldiği bu sıra dışı davranış, geleneksel malzemelerde mümkün değildir," diyor. Ekip, bu davranışı iki boyutlu (plaka benzeri) ve üç boyutlu metamalzemelerde de araştırmayı planlıyor.
Bir diğer potansiyel olarak değerli özellik, metamalzemenin strese karşı yüksek hassasiyetle tepki verebilmesi olabilir. Kuvvetin uygulandığı noktanın uzak bölgelerde bile farklı genişleme tepkilerine neden olması, onu daha da ilginç hale getiriyor. Geleneksel malzemelerde, kuvvetin etkisi yalnızca uygulandığı bölgede gözlemlenebilirken, bu metamalzeme daha uzak noktaların bile etkilenmesini sağlıyor. Araştırma ekibi, bu hassasiyete sahip bir malzemenin mühendislik alanında bina deformasyonlarının izlenmesi ya da biyolojik araştırmalarda hücre kuvvetlerinin belirlenmesi gibi geniş ölçekli kuvvet ölçümü gereken uygulamalarda kullanılabileceğini belirtiyor.
