Terwijl de meeste elastische materialen vervormen als je er op drukt, gaat het metamateriaal van onder andere het Karlsruher Institut für Technologie draaien. Die bijzondere eigenschap is te danken aan de speciale opbouw van het materiaal.

Hoewel men metamateriaal in eerste instantie ontwikkelde voor de vreemdste effecten met licht (lees ‘Mysterie metamateriaal’), blijkt uit microstructuurtjes opgebouwd materiaal ook bijzondere mechanische eigenschappen te hebben (lees: ‘Bizar materiaal zet uit onder druk’).

Ingenieurs van het Karlsruher Institut für Technologie en het Franse Centre National de la Recherche Scientifique hebben nu een elastisch materiaal ontwikkeld dat gaat draaien als je er op drukt: de beweging in een bepaalde richting wordt omgezet in een draaiing loodrecht daarop (lees hier het persbericht over het metamateriaal). Bij traditioneel elastisch materiaal is dat onmogelijk.
 

Cirkel in de kubus

De bijzondere eigenschap is te danken aan de structuur van de microcellen waaruit het materiaal is opgebouwd. Dat zijn open structuren waarbij de ribben niet van boven naar onder doorlopen, maar overgaan in een cirkel, zie de figuur hiernaast. Wordt die ribbe naar beneden gedrukt, dan leidt dat tot een draaibeweging van de cirkel die vervolgens de onderkant van de microcel laat draaien.

De microcellen zijn gemaakt van elastisch plastic met behulp van een 3D-microprinter, waarbij cellen van uiteenlopende grootte werden geproduceerd, variërend tussen de 24 µm en 120 µm.

Om de draaiing van het materiaal te kunnen testen werden twee stukken metamateriaal op elkaar gezet: de ene linksdraaiend en de andere rechtsdraaiend. De totale draaiing is dan nul, zodat het metamateriaal aan de boven- en onderkant niet draait.

Bij grote cellen was de draaiing het grootst, maar is het materiaal ook het slapst. Bij kleine cellen is dat precies omgekeerd. Uiteindelijk bepaalt de gewenste combinatie tussen stijfheid en verdraaibaarheid welke celgrootte moet worden gekozen.

Openingsbeeld: het draaiende metamateriaal met verschillende celgrootte.