A metaanyagok a meghatározás szerint olyan tulajdonságokkal rendelkező anyagok, amelyek "anyagfelettivé" teszik őket, vagyis olyan speciális jellemzőkkel bírnak, amivel a természetben előforduló anyagok nem. Ezek a mesterségesen módosított matériák a mérnöki munkának köszönhetően strukturális szempontból eltérnek az alapjukat adó anyagok szerkezetétől, különleges geometriai elrendezés jellemzi őket és képesek, többek között, a fény vagy a hang manipulálására. A metaanyagokat használjak például apró kamerák vagy a hőmérsékletet csökkentő szövetek készítéséhez is.

A Leideni Egyetem és az amszterdami AMOLF kutatóintézet mérnökei a mechanikus metaanyagot egy újfajta szerepkörben alkalmazták és elérték, hogy az anyag sajátos módon számolni tudjon és strukturális memóriával rendelkezzen. Az eszköz készítéséhez egy gumiból álló formát használtak, amiben a szerkezeti elemeket úgy alakították ki, hogy azok külső hatásra egyedi módon viselkedjenek. A blokkok különböző alakú és párokat alkotó rudakból állnak, amelyek ugyanabba az irányba hajlanak el, ha benyomják őket, kivéve az elsőt, ami ellentétes irányba mozdul. A második nyomás hatására a második rúd is ugyanarra hajlik, mint az első és ez a minta ismétlődik minden újabb behatás során. Az anyag így képes rá, hogy számot adjon arról, hány alkalommal nyomták meg, ami a kutatók szerint akár hasznos képesség is lehet egyes alkalmazási körökben.

A metaanyag rendkívül egyszerű, de mégis egy primitív számítógéphez hasonlóan funkcionál a kutatók leírása szerint és információ feldolgozására alkalmas. Ahogy a rudak balról jobbra hajlanak, az egyeseket vagy nullákat képviselő bitekhez hasonlíthatóak, de az egyszerűség mögött valójában precíz tervezés áll, amelyet alapos vizsgálatok előztek meg. A metaanyag csak akkor számol tízig, ha a megfelelő erővel és a megfelelő sorrendben éri nyomás, más esetben nem arra hajlanak a rudak, mint ami a "számoláshoz" szükséges. A vizsgálatokat vezető kutató, Lennard Kwakernaak szerint az, hogy hogyan mozdulnak a szerkezeti elemek, tulajdonképpen bonyolult reakciók eredménye és még számítógépes programokkal is nehéz szimulálni. Ezek az irreverzibilis metaanyagok a behatási ciklusokat a belső állapotuk megváltozásával jelzik és rögzítik, így könnyen értelmezhető módon adnak számot a folyamatokról.

"Az egység elemeit úgy terveztük meg, hogy csak a szomszédos elemekkel lépjenek interakcióba, olyan módon, hogy a ciklikus kompresszió hatására bármelyik elem az 1-es állapotban átmásolja ezt az állapotot a szomszédos alkotórész számára."

- magyarázzák a mérnökök a tanulmányban - "[...] Ezért a kollektív állapot úgy fejlődik, mint egy sejtszerű automatában, ahol az ismétlődő, ciklikus nyomás egyszerűen kiszámítható folyamatot eredményez."

A használatuk előnyeit az egyszerűségük és a robosztusságuk jelenti és a kutatók szerint több szerepkörben is lehetséges alkalmazni őket, például az érzékelők, a hajlékony robotok és a mechanikus adatfeldolgozó rendszerek építése során. Az anyagból alkothatóak lépésszámlálók vagy a hidakba integrálva mérhetik a különböző súlyú autók forgalmával kapcsolatos adatokat. A metaanyag továbbfejlesztett verziója pedig az anyagban megvalósított masszív, párhuzamos adatfeldolgozást tesz majd lehetővé.

(Fotó: Universiteit Leiden)