Az anyagok egy érdekes csoportját képezik a metaanyagok. Ezek olyan mesterséges anyagok, amelyek tulajdonságait manipulálták, hogy azok a hagyományos anyagoknál eltérő vagy különleges fizikai jelenségeket mutassanak. A Karlsruhei Műszaki Egyetemen (KIT) német, kínai és amerikai kutatóknak most olyan metaanyagot sikerült fejleszteniük, amely minden eddiginél hatékonyabban tárolja a rugalmassági (elasztikus) energiát. Ilyen energia egy rugalmas anyagban jön létre, amikor azt deformálják, és az anyag visszatér eredeti formájához, amikor a deformáló erő megszűnik. Az elasztikus energia a deformálás során tárolódik, és a visszaállítás során felszabadul.
A munkájukat a Nature-ben bemutató kutatók egy hagyományos hajlítórugóval hasonlították össze az újdonságot. Egy szabványos hajlítórugó csak egy bizonyos szintig tud meghajolni, addig, amíg a felületeit érő nagy igénybevételek miatt tartósan meg nem reped vagy nem deformálódik. A rugó belsejében a feszültség alacsony marad, így nem hatékony az energiatárolás szempontjából. Annak köszönhetően viszont, hogy a szakemberek speciális spirális formára csavarták a rudakat, majd egy új metaanyag-szerkezetbe integrálták ezeket, leküzdötték a hagyományos tervezési korlátokat a mechanikai energiatárolás terén. Ezzel az újszerű kialakítással olyan anyagot hoztak létre, amelyik egyesíti a nagy merevséget, a nagy szilárdságot és a kivételes rugalmasságot. Olyannyira, hogy az új anyag rugalmas energiatároló kapacitása legalább kétszer, de akár 160-szor nagyobb, mint az ismert metaanyagoké.

A modell a metaanyag spirális alakváltozását mutatja
KIT
Ez az innováció sokkal hatékonyabb energiatárolást kínál, mint a hagyományos rugók vagy mechanikus ütközők. A metaanyag megőrzi a szerkezeti integritást, azaz a nagy merevségét, miközben jelentős visszanyerhető feszültséget kínál – korábban lehetetlen volt ilyen kombináció. Az új anyag potenciális alkalmazási lehetőségei ezek után óriásiak. A robotikában tartósabb és rugalmasabb robotokhoz vezethet, amelyek képesek ellenállni a szélsőséges erőknek, miközben megőrzik a hatékonyságukat. Az energiatároló rendszerekben optimalizálhatja az energiafelszabadulást és -elnyelést, javítva a gépek általános teljesítményét. Ezenkívül az egyedülálló csavaró mechanizmus helyettesítheti a hagyományos zsanérokat a robot végtagokokban, simább és rugalmasabb mozgásról gondoskodva.
A kutatók most az új metaanyagok gyakorlati alkalmazását vizsgálnák, illetve az anyagok specifikus felhasználási esetekhez való optimalizálására és a gyártás bővítésére összpontosítanának.