Исследовательская группа из Калифорнийского университета в Сан-Диего, Университета Луизианы и Лаборатории акустики Университета Ле-Мана Национального центра научных исследований (CNRS) разработала новую технологию дистанционного управления поведением материалов с помощью акустических волн. Этот результат может способствовать развитию регулируемой жесткости защиты, роботизированной хирургии и Интернета вещей для медицинского доступа.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, впервые продемонстрировано, что акустические волны определенной частоты могут надежно перемещать механические кирки в материалах, изменяя степень мягкости или жесткости в разных областях материала. Механические кирки служат границами внутренних состояний материала, и их перемещение может изменять свойства материала, но ранее управление ими было затруднено.
Соавтор исследования, профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего Николя Бёлер, заявил: «Мы разработали модельный материал, в котором перемещение кирки требует энергии, что позволяет акустическим волнам контролируемо тянуть кирки». С помощью моделирования команда создала материал, поведение которого определяется структурой, где области кирки свободны, а в остальных частях пористость постепенно увеличивается.
«Мы создали акустический тяговый луч, который может перемещать кирки и изменять ощущение материала, одновременно создавая потенциал жесткости», — сказал Бёлер. Поскольку нет энергетических барьеров, акустические импульсы могут перемещать кирки ступенчато, обеспечивая дистанционную регулировку.
Экспериментальная модель состоит из вращающихся дисков и пружин, имитирующих атомную структуру. Акустические импульсы тянут кирки к источнику звука, перемещая несколько дисков за раз, а длительные вибрации могут инвертировать распределение мягких и жестких участков в цепочке. Доказано, что только определенные акустические частоты могут приводить к движению кирок, обеспечивая точность управления, превышающую предыдущие достижения команды.
Компьютерное моделирование показывает, что акустические волны взаимодействуют с кирками, передавая количество движения, что вызывает их устойчивое перемещение. Это исследование направлено на потенциальные применения в материалах с регулируемой жесткостью, структурах с изменяемой формой и надежной передаче сигналов.
«Пока это игрушечная модель», — отмечает Бёлер, — «Если создать реальный материал, можно получить структуры, мгновенно адаптирующиеся — материалы, перепрограммируемые звуком». Следующим шагом будет исследование трехмерной версии и эффектов атомарного картирования.
«Это фундаментальное исследование», — говорит Бёлер, — «Но фундаментальные открытия часто являются ключом к технологическому прогрессу. Наша работа демонстрирует возможность проектирования материалов с новыми свойствами». Среди других авторов — Цянь Кай и Николя Эрар из Калифорнийского университета в Сан-Диего, а также Чэн Нань, Франческо Серафин и Сунь Кай из Калифорнийского университета.
Детали публикации: Авторы: Калифорнийский университет в Сан-Диего; Название: «Акустические волны могут использоваться для дистанционного перепрограммирования жесткости материалов, от имплантатов до роботизированных мышц»; Опубликовано в: Nature Communications (2026).
