Istraživači su otkrili kako kontrolirati ponašanja materijala pomoću zvuka. U studiji objavljenoj u časopisu Nature Communications objašnjeno je kako specifične frekvencije akustičnih valova mogu pouzdano pomicati sitne lokalizirane značajke zvane mehanički pregibi, koji diktiraju jesu li dijelovi materijala mekani ili kruti.

Mehanički pregibi funkcioniraju kao granice između dva različita unutarnja stanja unutar istog materijala. S obje strane, atomi ili građevni blokovi mogu biti identični, ali njihova trodimenzionalna orijentacija razlikuje se.

Ova mala strukturna promjena može proizvesti znatno različita mehanička svojstva. Pregibi su ključni u određivanju gdje se materijal deformira, pojavljujući se u situacijama kao što su trajno savijanje metala ili odvajanje lanaca DNK.

Izazov precizne kontrole

Kontrola pregiba dugo je fascinirala znanstvenike koji se bave materijalima jer njihovo pomicanje može preoblikovati ponašanje materijala, poput promjene koja su područja mekana ili kruta. Međutim, postizanje precizne kontrole bilo je izazovno. U većini materijala, pregibi se suočavaju s energetskim barijerama koje ih drže na mjestu.

Prethodni eksperimenti pokazali su kako zvučni valovi mogu pomicati pregibe, ali kretanje je često bilo nepredvidivo i kaotično. Novim istraživanjem otkrivena je metoda za precizno upravljanje kretanjem pregiba pomoću zvučnih valova. 

Stvorili su model materijala u kojem pomicanje pregiba ne zahtijeva energiju, što je rijetko i neobično svojstvo. To je postignuto dizajniranjem materijala tako da njegovo mehaničko ponašanje ovisi o njegovoj unutarnjoj strukturi, a ne o kemijskom sastavu.

U ovom modelu, položaj pregiba određuje krutost materijala. Područje oko pregiba uvijek je mekano, dok se krutost progresivno povećava od njega. Pomicanje pregiba na jedan kraj čini tu stranu mekom, a suprotni kraj krutim. Postavljanje u središte omekšava sredinu i ukrućuje oba ruba.

Akustična traktorska zraka

Otkriće je opisano kao stvaranje akustične "traktorske zrake" koja može pomaknuti savijanje i promijeniti osjećaj materijala, formirajući kontrolirane gradijente krutosti po potrebi. Zahvaljujući nedostatku energetskih barijera u modelnom materijalu, bilo je moguće pomicati savijanje ne samo pouzdano, već i precizno, postupno.

Slanje zvučnih valova s ​​jedne strane povlači savijanje prema izvoru. Mali akustični impuls lagano pomiče savijanje, a svaki sljedeći impuls ga pomiče dalje. Na određeni način, istraživači su razvili način daljinskog upravljanja unutarnjim stanjem materijala.

Kako bi testirali svoju ideju, istraživači su izgradili su model u prirodnoj veličini napravljen od naslaganih, rotirajućih diskova povezanih oprugama. Svaki disk je predstavljao atom, a opruge su se ponašale poput atomskih veza. Jedan disk, drugačije postavljen, predstavljao je savijanje. 

Kratki naleti zvučnih valova pomicali su savijanje nekoliko diskova odjednom prema izvoru zvuka. Ponavljani impulsi pomicali su ga korak po korak, dok su dulje vibracije povlačile pregib preko cijelog lanca, mijenjajući koja je strana mekana, a koja kruta.

Studija pokazuje kako je moguće postići dosad neviđenu kontrolu nad pregibima materijala pomoću zvuka, čak i ako samo povlačenjem. Samo određene frekvencije pokreću kretanje, a računalne simulacije pokazuju kako zvučni valovi prenose dovoljno momenta za pomicanje pregiba unatoč djelomičnoj refleksiji.