Para Jordan Raney, professor assistente do Departamento de Engenharia Mecânica e Mecânica Aplicada, a ciência de ponta às vezes envolve bater em um disco de borracha com um martelo.

Em um experimento recente, ele e Chengyang Mo, um estudante de graduação no Laboratório de Materiais Arquitetados de Raney, usou uma impressora 3D para tornar isso incomum, Estrutura do tamanho de um Frisbee. Consiste em centenas de quadrados de borracha conectados, cada um com um rolamento de esferas dentro. É um exemplo de um "metamaterial mecânico, "uma classe de sistemas que exibem comportamentos físicos incomuns decorrentes de sua geometria interna, e não das propriedades dos materiais de que são feitos.

Raney e Mo estavam tentando entender a propagação de um tipo único de onda não linear chamada soliton. Fazer isso, eles colocaram sua estrutura em cima de rolamentos de esferas e montaram uma câmera de alta velocidade para registrar o movimento da onda em 6, 000 quadros por segundo. Então, de acordo com o artigo deles, publicado no jornal Cartas de revisão física , eles "empolgaram a amostra com um impactador" - ou acertaram com um martelo de US $ 6 da loja de ferragens.

Seu estudo é o primeiro a mostrar como essas ondas viajam em um sistema 2-D suave.

"Isso é interessante porque, em 2-D, a onda muda drasticamente dependendo de onde você atinge os quadrados, "diz Mo." Quando o impacto é aplicado em um determinado ângulo, a onda se concentra e não se dispersa à medida que se move. "

Este comportamento foi observado anteriormente em materiais granulares, como areia, onde foi referido como uma "marca de som".

"É como uma perturbação à beira de um lago, "diz Raney, "mas em vez de se espalhar de forma circular, a onda viaja pela lagoa como um pulso compacto. Dessa maneira, toda a energia da entrada pode ser recebida pela saída em vez de se espalhar. "

Uma melhor compreensão de metamateriais mecânicos como o de Raney, Mo e seus co-autores criados poderiam ter aplicações biomédicas, já que impactar os tecidos do corpo com pulsos controlados de energia pode ter valor diagnóstico ou terapêutico. Aeroespacial, aplicações navais ou automotivas também são possíveis, com metamateriais mecânicos redirecionando a força de um impacto para longe de pessoas ou cargas úteis.