Исследователи придумали, как заставить новый тип метаматериала переконфигурироваться, не запутываясь в узлах, открывая возможности широкого спектра космических применений.
Метаматериалы — горячая тема в инженерии. Это материалы, вдохновленные биологическими системами. Многие живые структуры начинаются с простых, повторяемых моделей, которые затем развиваются в большие и сложные структуры. Полученные структуры могут иметь свойства, которых нет у небольших подкомпонентов. Например, отдельные костные клетки или скелеты коралловых полипов не очень прочны, но когда они работают вместе, они могут поддерживать огромных животных или огромные подводные колонии.
Перспективным типом метаматериала является так называемая тотиморфная решетка. Эта сетка основана на треугольной структуре. С одной стороны имеется цельная балка с шаровым шарниром посередине. К этому шаровому шарниру прикреплен рычаг, а другой конец рычага прикреплен к концам неподвижной балки с помощью двух пружин. Многие из этих собранных фигур могут трансформироваться в самые разные формы и структуры с минимальными усилиями, что придает тотиморфной решетке невероятную гибкость.
В недавней работе ученые из группы перспективных концепций Европейского космического агентства нашли способ реконфигурировать тотиморфные решетки, не запутывая их. Они обнаружили это с помощью серии компьютерного моделирования и создали задачу оптимизации для решения алгоритма. Используя настоящий алгоритм, они могли бы затем изменить любую конфигурацию сети на другую оптимальным и эффективным способом.
Исследователи продемонстрировали свою технику на двух примерах. Первой была простая структура среды обитания, которая могла менять свою форму и жесткость, что могло позволить будущим астронавтам использовать один и тот же тип метаматериала для создания различных структур и реконфигурировать их в соответствии с меняющимися требованиями миссии.
Вторым примером был гибкий космический телескоп, который мог менять свое фокусное расстояние, регулируя кривизну линзы. Это позволит удовлетворить широкий спектр требований к наблюдению с помощью одного запуска и одного транспортного средства.
На данный момент это все гипотетически. Тотиморфных решеток на практике не существует, а только как странные математические объекты. Но это исследование имеет решающее значение для продвижения человечества в космос. Из-за стоимости и сложности запуска материалов в космос нам нужны гибкие, адаптируемые структуры, которые недороги в запуске и просты в развертывании.
Это исследование является еще одним примером того, как мы можем черпать вдохновение из природы, в данном случае путем изучения удивительных свойств метаматериалов, чтобы продвинуться вперед в космическое будущее.
