Wat als een materiaal zich zou kunnen gedragen als een stijve vaste stof en een vloeibare vloeistof? Een recente ontdekking, gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Science, heeft dit idee tot leven gebracht, de traditionele opvattingen over materie op de proef gesteld en een wereld aan mogelijkheden geopend op het gebied van techniek en technologie.
Dit materiaal, de vrucht van innovatie en inspiratie uit oude structuren, belooft een revolutie teweeg te brengen op uiteenlopende gebieden als robotica, geneeskunde en zelfs persoonlijke bescherming.
Dit is het materiaal dat voor opschudding zorgt in de wetenschappelijke gemeenschap.
Het materiaal dat onderzoekers hebben ontdekt, heet PAM (polygecateneerde architectonische materialen). Het is ontwikkeld in het lab van onderzoeker Chiara Daraio aan Caltech in Californië en combineert eigenschappen van vaste stoffen en vloeistoffen. Dit maakt het uniek.
PAM’s hebben een hybride structuur waardoor ze hun gedrag kunnen veranderen afhankelijk van de omstandigheden. Hun ontwerp is geïnspireerd op structuren zoals middeleeuwse maliënkolders, maar met een moderne twist dankzij 3D-printing.
Volgens het onderzoek bestaan PAM’s uit onderling verbonden deeltjes die in driedimensionale patronen zijn gerangschikt. Deze deeltjes zijn niet star aan elkaar gebonden, waardoor ze onder bepaalde omstandigheden over elkaar heen kunnen glijden.
In PAM’s kunnen de deeltjes bewegen en zichzelf herschikken. Hierdoor kunnen ze zich aanpassen aan verschillende soorten fysieke spanning, waardoor ze zich onderscheiden van andere materialen. De structuur van PAM’s kan naar behoefte worden aangepast, waardoor hun fysische eigenschappen voor verschillende technologische toepassingen kunnen worden gebruikt.
Eigenschappen van PAM, het nieuwe materiaal ontdekt in een Californisch lab
PAM’s onderscheiden zich door hun ongelooflijke vermogen om energie te absorberen. Dankzij hun onderling verbonden deeltjes kunnen ze energie efficiënt afvoeren, waardoor ze een ideale keuze zijn voor apparaten die voortdurend worden blootgesteld aan schokken of trillingen.
Een andere opmerkelijke eigenschap van PAM’s is hun gedrag. Als ze worden samengedrukt, gedragen ze zich als een starre vaste stof, maar als er kracht op wordt uitgeoefend, stromen ze als vloeistoffen.
Dit gedrag is aanpasbaar afhankelijk van de configuratie van het materiaal. Een druppelvormige PAM vloeit bijvoorbeeld als honing wanneer er zijdelingse kracht wordt uitgeoefend, maar verstijft als een massief blok wanneer er verticale druk wordt uitgeoefend.
Dit adaptieve reactievermogen maakt PAM’s ideale kandidaten voor toepassingen die zowel structurele stijfheid als flexibiliteit vereisen.
Voor de fabricage worden geavanceerde 3D-printers gebruikt om driedimensionale netwerken van onderling verbonden deeltjes te maken. Materialen zoals acrylpolymeren, nylon en metalen enz. worden gebruikt om ze te maken, afhankelijk van de gewenste eigenschappen.
Praktische toepassingen van PAM’s
PAM’s openen een breed scala aan praktische toepassingen. Ze kunnen op de volgende gebieden worden gebruikt:
- Zachte robotica: deze materialen reageren op elektrische ladingen en zetten uit of trekken samen, afhankelijk van de stimulans. Dit bevestigt het grote potentieel voor het creëren van materialen die zich dynamisch aanpassen aan verschillende omstandigheden.
- Systemen voor verpakking en demping: hun vermogen om energie af te voeren zou materialen in gevoelige verpakkingen kunnen vervangen.
- Beschermingsmiddelen: hun energieabsorberende eigenschappen en structurele aanpassingsvermogen maken ze uitstekend geschikt voor helmen of kogelvrije vesten.
- Medische apparatuur: hun herconfigureerbaarheid vergemakkelijkt het ontwerp van effectievere implantaten.
- Extreme omgevingen: ze worden overwogen voor gebruik in lucht- en ruimtevaartstructuren, waar veranderende omstandigheden dynamische materialen vereisen.
Onderzoekers suggereren dat het ontwerp en de optimalisatie van deze structuren kan worden versneld met technologieën zoals kunstmatige intelligentie, wat de deur opent naar nieuwe toepassingen.
