В теории распространение разрушительных вибраций в физической системе можно уменьшить с помощью так называемых топологических механических метаматериалов. На практике эти структуры обычно сложны, что мешает их масштабному производству и внедрению в реальные системы.
Теперь Джеймс Макинёрни с базы ВВС Райт-Паттерсон в Огайо и его коллеги разработали сравнительно простой топологический механический метаматериал. Согласно их анализу, такая структура может предотвратить распространение вибраций на чувствительные грузы в гражданском и аэрокосмическом машиностроении.
Структура исследователей принадлежит к классу топологических механических метаматериалов, называемых решётками Максвелла.
Топологическая физика таких решёток приводит к тому, что любые вибрации низкой энергии локализуются в части границы решётки и таким образом изолируются. Однако для этого решётка должна находиться на границе между жёсткой и гибкой. Это условие означало, что ранее рассмотренные двумерные решётки Максвелла не могли поддерживать собственный вес и должны были быть прикреплены к непрактичным внешним креплениям.
В отличие от этого, конструкция структуры исследователей позволяет ей быть самонесущей. Она изготавливается путём сворачивания плоской решётки Максвелла, известной как обобщённый бислой кагоме, в форму цилиндрической трубки. Радиус трубки должен быть точно настроен, чтобы структура демонстрировала требуемое топологическое поведение.
Используя теоретический анализ и численное моделирование, Макинёрни и его коллеги изучили вибрационное поведение своей структуры при прикреплении как к чувствительному грузу, так и к источнику низкоэнергетических вибраций. Как и ожидалось, они обнаружили, что вибрации были направлены от груза к одному концу трубки.
Исследователи также предоставили руководство о том, как их результаты можно проверить в лаборатории, и они намерены провести такие эксперименты в будущей работе.
— Райан Уилкинсон
Райан Уилкинсон — ответственный редактор журнала Physics Magazine, базируется в Дареме, Великобритания.