Bu yazımda geçen yıl yapılmış olan tek yönlü (nonreciprocal) mekanik metamateryalden söz edeceğim fakat öncelikle tek yönlülük ve metamateryal hakkında kısa bir giriş yapalım.
Doğada bulunmayan özellikleri sergileyen sentetik kompozit malzemelere bilim, metamateryal adını vermiştir. İlk metamateryaller (meraklısına: [1]) 1940’lı yıllarda elektromanyetik alanlarında geliştirilmeye başlanmıştır. İşin içine optik dahil oldukça, kimi metamateryallerin sahip olduğu negatif kırılma açısı sayesinde cisimlerin görünmemesi de sağlanabilmiştir. Yapıldığı zamanlarda mikrodalga ışınları için geçerli olsa da günümüzde 730nm (görülebilir ışığın kızılötesi ışınlara yakın kısmı) dalga boylu ışınları da negatif kırılma açısı sayesinde 80nm kalınlığındaki incecik bir katmanı, 3 boyutlu bir objenin etrafına sararak görünmez hale getirebiliyoruz. (meraklısına: [2])
Tek yönlülüğe gelecek olursak; doğada hareket çift yönlüdür. Basit bir örnek vermek gerekirse yerdeki bir taşı aynı kuvvetle sağa da çekebilirsiniz, sola da. Uygulanan kuvvet ve yol aynı olduğu sürece hareket zıt yönlerde de olsa yer değiştirme aynı olacaktır. En çok bilinen tek yönlü çalışan eleman diyottur. Diyot bir yönde akım geçirirken zıt yönde akım geçirmez. (belli bir voltaj farkına kadar) Aynı şekilde tek bir yönde mekanik bir enerjiyi ileten ama aksi yönde iletmeyen malzemeleri de bulmak artık mümkün.
The University of Texas at Austin ve Hollanda AMOLF Enstitüsü’ndeki bilim insanlarının çalışmaları sonucu ortaya çıkan bu yeni materyal ve türevleri sayesinde, diyotun elektronik dünyasına sağladığı olanaklar gibi, mekanik dünyasında da henüz akla gelmemiş fikirlerin ortaya çıkması olası görülüyor.
Öncelikle belli ölçülerle tasarlanmış balık kılçığına benzer bir polimer ile materyal tasarımına başlayan ekip, bu prototip üzerinde yaptıkları deneylerle ulaşmak istedikleri asıl hedefleri için veriler toplamışlar. Bu tasarım yapılırken öncelikli amaç asimetriyi yakalamak olmuş ve topladıkları verilerle ikinci bir tasarıma yönelmişler.
Basit şekilleri belli açılarda ve oranlarda bir araya getirerek oldukça asimetrik bir materyal elde eden bilim insanları, bu tasarım üzerinde deney yaptıklarında ise amaçlarına ulaştıklarını görmüşler. Bir taraftan yumuşak ama zıt taraftan sert olan bu materyale: yumuşak olduğu taraftan kuvvet uyguladıklarında, tasarımdaki kareler ve eşkenar dörtgenler sadece stresin fazla olduğu yerlerde hareket ederken; sert tarafına aynı kuvveti uyguladığınızda aynı şekillerin yer değiştirmelerinin materyal boyunca arttığını gözlemlemişler. Videolarını aşağıdaki linklerde bulabilirsiniz. Materyalin elastik robotlar, protezler ve enerjiyi bir yerde toplamak gibi tek bir yönde statik kuvvet iletilmesi gereken projelerde kullanılabilineceği öngörülmekte.
Eğer bu materyaller ilginizi çektiyse ve uygulama alanlarını keşfetmek isterseniz, 16 Mayıs 2017’de Bilkent Marmara ’nın önündeki alanda yapılacak olan, tek yönlü metamateryallerin yer aldığı projelerin sergileneceği ME384 Mekatronik Projeleri yarışmasına sizleri bekliyoruz. :)
Videolar:
http://www.nature.com/nature/journal/v542/n7642/fig_tab/nature21044_SV1.html
http://www.nature.com/nature/journal/v542/n7642/fig_tab/nature21044_SV2.html
Yazı Kapak Fotoğrafı: Cockrell School of Engineering
Yazı fotoğrafı: http://www.nature.com/nature/journal/v542/n7642/images_article/nature21044-f3.jpg
Kaynakça:
[1] http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=1696976
[2] http://science.sciencemag.org/content/349/6254/1310.full
https://phys.org/tags/metamaterials/
https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_metamaterials
http://www.nature.com/nature/journal/v542/n7642/full/nature21044.html
http://www.materialstoday.com/mechanical-properties/news/nonreciprocal-mechanical-metamaterial/
