Nature veröffentlicht Studie zu skalenreichen netzwerkbasierten Metamaterialien

Skalenreiche Metamaterialien

Eine am 11. November 2026 in Nature veröffentlichte Studie führt skalenreiche Metamaterialien ein, einen Designrahmen, der Netzwerkheterogenität in mechanische Metamaterialien einbettet. Die Autoren sind Csaba Both, Andrew Yen-Jong Chen, Ting-Ting Gao, Niek Mooij, Mohammad Charara, Jayna Wadhwa, Carlos M. Portela und Albert-László Barabási.

Der Rahmen erreicht eine Heterogenität in Ligamentlängen, -dicken und -konnektivität um Größenordnungen, die nur von zwei Parametern gesteuert wird.

Eigenschaften

Die Forschenden nutzten Simulationen und Experimente, um zu zeigen, dass skalenreiche Metamaterialien Eigenschaften aufweisen, die für traditionelle Einzelskalensysteme unzugänglich sind, darunter:

• hoch abstimmbare elastische Anisotropie
• delokalisierte nichtlineare Verformung mit hoher Energieabsorption
• verbesserte Energiedissipation unter dynamischer Belastung
• programmierbare Steuerung elastischer Wellen

Die Studie berichtet über einen 190-fach abstimmbaren Bereich der elastischen Anisotropie über Dichten hinweg. Bei einer relativen Dichte von 40 Prozent decken die SR-Materialien 77 Prozent der verfügbaren Fläche im Dichte-Anisotropie-Diagramm ab.

Experimentelle Realisierung

Experimentell realisierte SR-Metamaterialien mit T = 500 und einer relativen Dichte von 40 Prozent wurden mittels zweier 3D-Drucktechniken hergestellt. Die Vat-Photopolymerisation im 3D-Druck wurde verwendet, um zentimetergroße Proben aus elastisch-plastischem Polymerharz mit einer Merkmalsauflösung von etwa 100 Mikrometern herzustellen. Die Zwei-Photonen-Lithographie mit minimalen Merkmalsgrößen im Submikrometerbereich wurde für niedrigere Füllfraktionen eingesetzt.

Warum es wichtig ist

Der netzwerkbasierte Rahmen etabliert ein minimales und universelles Modell zur Entwicklung multifunktionaler Materialien, deren mechanisches Verhalten direkt aus der Skalenvielfalt entsteht, und eröffnet zudem neue Forschungsrichtungen für die Netzwerkwissenschaft selbst.

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Quellen (auf Englisch)

• nature.com: Scale-rich network-based metamaterials | Nature

KI-Übersetzung des englischen Originalartikels, automatisch geprüft, damit sie dasselbe aussagt wie das Original. Die Quellen wurden auf Englisch geprüft.