Bouwen met flexibele blokjes

Nieuws | de redactie

3 augustus 2016 | Als op een gewone, zachte kubus druk wordt uitgeoefend, bollen de zij-oppervlakken een beetje op. Martin van Hecke en zijn team hebben nu een methode ontwikkeld om driedimensionale structuren te ontwerpen waarbij willekeurig gekozen patronen van hollingen en bollingen verschijnen, gebruik makend van eenvoudige bouwstenen.

Martin van Hecke geeft  als professor in Leiden en  AMOLF leiding aan het onderzoek. “Normaal gesproken bepalen atomen en moleculen de eigenschappen van de materialen die ze vormen. Bij metamaterialen bepaalt de ruimtelijke structuur het gedrag van het materiaal. Zo zorgt een gaatjespatroon in een plak materiaal ervoor dat bijvoorbeeld de elasticiteit compleet anders is dan bij hetzelfde materiaal zonder gaatjes.”

Schaakbordpatroon van hollingen en bollingen

De onderzoekers wilden kijken of dit gedrag ook bij een driedimensionaal gaatjespatroon werkt.  Daartoe werden de kubusvormige bouwsteentjes ontwikkeld. Als je op zo’n bouwsteentje drukt deukt hij in, om elders op te bollen. Als je veel bouwsteentjes samenvoegt, dan krijg je een driedimensionaal metamaterial. Als alle bouwsteentjes hetzelfde georiënteerd zijn, dan bewegen de kubusjes om en om, wat leidt tot een simpel schaakbordpatroon van hollingen en bollingen.

“We hebben de stap gemaakt van periodieke materialen naar niet-periodiek materiaal,” vertelt Van Hecke.  “De oriëntatie van de blokjes in het uiteindelijke metamateriaal is van belang. Onder druk moeten alle holle en bolle zijden precies in elkaar passen, en dat leidt tot een lastige driedimensionale puzzel”. Uiteindelijk rekenden de Israëlische collega’s van Van Hecke uit wat voor stapelingen er mogelijk zijn met de ontwikkelde bouwblokjes. “Door het slim combineren en oriënteren van bouwstenen kunnen we op de zijden elk gewenst patroon laten verschijnen als we de kubus indrukken.”

Toekomst voor zachte robotica

Het onderzoek van Van Hecke en zijn collega’s kan een doorbraak beteken naar een nieuwe klasse metamaterialen. “Je kunt je voorstellen dat dit materiaal heel interessant is als voetzool bijvoorbeeld in schoenen,” ziet Van Hecke. “Als je met het ene deel van je voet druk geeft dat dan een ander deel omhoog komt om de balans te bewaren bijvoorbeeld.”

Het onderzoek van AMOLF, Leiden en Tel Aviv is fundamenteel, maar als dit verder wordt ontwikkeld liggen interessante toepassingen om de hoek. “Wij zijn natuurlijk onderzoekers, maar we kijken wel degelijk met andere partners, ook uit het bedrijfsleven, naar toekomstige toepassingen hiervan. Je kan dan denken aan protheses in lichamen, maar ik zie bijvoorbeeld wel wat in zachte robotica,” zegt Van Hecke. “Je kunt met zachte vervormbare materialen ook in robots hele interessante dingen doen.”