Voor bezorgdrones, maar ook voor herbruikbare raketten kan een harde landing fataal zijn. Een aan origami ontleende techniek kan wellicht uitkomst bieden.

Een harde landing is een risico voor een raket of een drone. Het onderstel van dergelijke toestellen wordt dan ook in de regel gemaakt van materialen die een deel van de klap kunnen opvangen en zo de landing verzachten.


Metamateriaal

Ingenieurs van de University of Washington in de Verenigde Staten hebben een nieuwe methode ontwikkeld om de kracht van impact te absorberen. Ze ontwikkelden een papieren model van een metamateriaal (een materiaal met eigenschappen die in de natuur niet voorkomen) dat uitgaat van vouwranden zoals die in origami worden toegepast. Ze publiceerden hun bevindingen afgelopen week in het wetenschappelijke blad Science Advances.
 


Vouwranden

Door exact te bepalen waar ze vouwranden aanbrengen in plat materiaal, wisten de onderzoekers materialen te maken met verschillende gradaties van stijfheid wanneer ze worden in- en uitgevouwen. Ze slaagden erin een metamateriaal te ontwikkelen dat de binnenkomende drukkrachten sterk dempt en zelfs omzet in trekkrachten. 

'Als je een helm op hebt die van dit materiaal is gemaakt en er valt wat op je hoofd, dan voel je daar niets van', zegt hoofdonderzoeker Jinkyu Yang in een persbericht van de University of Washington. 'Tegen de tijd dat de energie je hoofd bereikt, is de drukkracht volledig geabsorbeerd.'

De ontwerpers maakten hun prototype van papier, waarin ze met een lasersnijder vouwranden aanbrachten. Vervolgens vouwden ze er langs de randen een cilindrische structuur van. Zo ontstond een bouwsteen waarvan ze er verschillende aan elkaar verbonden, zodat er een keten ontstond. 
 


Bouwsteentjes

Wordt er druk uitgeoefend op het ene uiteinde van de keten, dan blijkt die druk niet het andere uiteinde te halen, bleek bij bestudering van filmbeelden. Sterker nog: de bouwstenen aan dat andere uiteinden voelden in plaats van druk- juist trekkrachten, die bleken te ontstaan wanneer de ingedrukte bouwstenen zich terugplooien naar hun oorspronkelijke toestand.
 

De kracht van een botsing op de keten (rood) haalt het einde van de keten niet, blijkt uit deze beelden van labproeven. 


Yang werkt met zijn team al langer aan metamaterialen, die ze exact die eigenschappen kunnen geven die ze wensen. 'Metamaterialen zijn als legostenen', zegt Yang. 'Je kunt er alle soorten van structuren van maken door een specifiek bouwsteentje steeds te laten terugkeren. Afhankelijk van welk bouwsteentje je kiest, kun je een materiaal maken met unieke mechanische eigenschappen die je in de natuur niet tegenkomt.'


Voor elke toepassing een ander materiaal

'Impact is een probleem waarmee we elke dag te maken hebben. Ons systeem biedt een compleet nieuwe benadering van het verminderen van de gevolgen ervan', stelt Yang.

Ook auto's zouden ermee kunnen worden uitgerust, om de gevolgen van aanrijdingen te verminderen. Hoewel het metamateriaal vooralsnog enkel in een papieren versie bestaat, gaan de onderzoekers er nu ook een maken van composiet. Vervolgens zou voor elke specifieke toepassing het ideale materiaal kunnen worden gekozen.
 

Foto's: Kiyomi Taguchi/University of Washington