Wayang Baru Dengan Bantuan Metamaterials
Physics

Wayang Baru Dengan Bantuan Metamaterials

Dalam publikasi baru di Nature Communications, tim fisikawan dari Amsterdam, Leiden, dan Georgia (AS) menunjukkan cara ‘menjadi dalang’ metamaterial yang dirancang di laboratorium. Dengan hanya menyentuh bahan-bahan ini dari luar, mereka dapat memprediksi dan melakukan deformasi yang tepat dari seluruh bahan.

Wayang adalah seni menarik dan mendorong senar dan tongkat untuk menyebabkan boneka bergerak secara terkoordinasi. Pekerjaan dalang tidak jauh berbeda dengan fisikawan, insinyur, atau ilmuwan material, yang biasanya berusaha mengubah gaya masukan menjadi gerakan yang dihasilkan. Saat membuat boneka menari, dalang memiliki keunggulan dibandingkan fisikawan, namun: mereka menggunakan intuisi dan keahlian yang dipelajari – daripada matematika – untuk mengoordinasikan dorongan dan tarikan mereka secara real time.

Metamaterial ‘Kuadrat Berputar’ berubah bentuk secara selaras, dengan kisi biru dari sudut siku-siku yang tersisa di sudut kanan setelah deformasi oleh objek berbentuk kaki. Kredit gambar: Universitas Amsterdam

Untuk fisikawan, memprediksi diucapkan (atau dalam istilah yang lebih teknis: nonlinier) deformasi benda elastis adalah permainan yang sulit, di mana kemajuannya lambat. Resep yang tepat untuk memilih input push dan pull untuk menghasilkan deformasi yang diinginkan – tarian wayang – cukup langka.

Inilah yang membuat “boneka” yang dicapai dalam makalah “Elastisitas Konformal Metamaterial Mekanik”, begitu luar biasa. Dalam karya ini, fisikawan Corentin Coulais (University of Amsterdam), Martin van Hecke (AMOLF dan Leiden University), dan Michael Czajkowski dan D. Zeb Rocklin (Georgia Tech, USA), mendekati bahan elastis eksotis yang sangat dipelajari, mengungkap intuitif deskripsi geometris dari deformasi ‘lunak’ nonlinier yang diucapkan, dan tunjukkan cara mengaktifkan salah satu deformasi ini sesuai permintaan dengan input minimal.

Boneka biasanya lembut, dari perspektif fisika, karena dibuat dengan engsel dan sambungan bola-dalam-soket, kain lembut, silikon, dan filamen fleksibel. Kemampuan manuver inilah yang memungkinkan pekerjaan dalang: tanpa fleksibilitas, boneka tidak bisa menari. Oleh karena itu, desain wayang sangat mirip dengan karya seorang peneliti dalam metamaterial mekanis. Metamaterial – material yang tidak ditemukan di alam tetapi dibuat di lab – juga bergantung pada penggunaan engsel, lipatan, potongan, dan bahan “fleksibel” untuk menampilkan berbagai fisika yang berlawanan dengan intuisi.

Kemungkinan yang beragam dan tak terduga dari metamaterial telah terus terungkap selama 10 tahun terakhir penelitian intensif. Banyak perilaku baru muncul dari pengembangan ‘auxetics’, bahan yang cenderung menyusut ke segala arah saat dikompresi, bukannya mengembang, seperti yang biasa kita lakukan. Yang disebut metamaterial “Kuadrat Berputar” – lihat animasi di bawah ini – adalah salah satu contoh paling umum dan intuitif dari perilaku ini. Meskipun materi Rotating Squares sudah menjadi salah satu metamaterial yang paling banyak diteliti, para peneliti masih mampu mengungkap fisika yang sepenuhnya baru dan kuat yang bersembunyi di dalamnya.

Hasil baru yang sekarang diperoleh bergantung pada pengamatan bahwa metamaterial auxetic secara maksimal seperti material Rotating Squares berubah bentuk. sesuai. Deformasi konformal, sederhananya, berarti bahwa setiap sudut yang ditarik pada material sebelum dan sesudah deformasi akan terlihat sama. Pengamatan ini mungkin tampak biasa, tetapi untuk matematikawan sifat konformal bisa sangat kuat dalam mempelajari dan menggambarkan perilaku material. Oleh karena itu, para peneliti dengan hati-hati menunjukkan bahwa deformasi yang muncul dari serangkaian “pembebanan” sewenang-wenang pada material, termasuk kaki yang digambarkan di atas, hingga tingkat akurasi yang tinggi memiliki sifat kesesuaian.

Wawasan ini memungkinkan untuk berbagai kemajuan teoritis dalam deskripsi materi. Kemajuan ini memuncak dalam resep untuk memilih salah satu deformasi konformal dari seluruh material, dan merekayasa balik bagaimana menyebabkannya dengan memanipulasi pegas batas. Pegas batas ini adalah “senar” yang dapat digunakan dalang untuk mempengaruhi wayang, dan dengan memilih panjang pegas yang bervariasi, bentuk keseluruhan bahan dapat dipilih dari berbagai kemungkinan yang tak terbatas.

Kontrol deformasi masih cukup dibatasi oleh sifat esensial dari deformasi konformal – satu-satunya yang diizinkan – dan oleh rentang gerakan yang tersedia untuk struktur Rotating Square. Akibatnya, potongan persegi yang dipilih peneliti untuk dimanipulasi tidak terlalu menunjukkan boneka yang sebenarnya. Namun, ide-ide ini diharapkan dapat diterapkan di luar materi Kotak Berputar, ke rentang yang lebih luas dari metamaterial mekanis, seperti contoh Kagome yang digambarkan di bawah ini. Seperti yang ditunjukkan gambar, bahan-bahan ini dapat menunjukkan deformasi yang jauh lebih drastis dan menarik.

Deformasi konformal dari Metamaterial Kagome memberikan contoh kemungkinan dramatis. Kredit gambar: Universitas Amsterdam

Lompatan ke ‘boneka’ yang lebih hidup sepertinya juga tidak jauh, karena ranah metamaterial terus diisi dengan wajah yang dapat dimanipulasi, berbagai pencengkeram dan tangan baru, bahkan menghasilkan cacing elastis yang dapat mengikat serangkaian jarum. Kemajuan seperti ini akan menjadi penting dalam upaya mengembangkan robot mikroskopis lunak yang dapat dimanipulasi secara eksternal, misalnya untuk merayapi tubuh dan melakukan operasi noninvasif.

Sumber: Universitas Amsterdam



Posted By : hk prize