Группа исследователей из Массачусетского технологического института и Северо-Восточного университета предложила новый принцип проектирования метаматериалов — синтетических материалов, свойства которых задаёт их внутренняя структура. Вместо повторяющейся элементарной ячейки, которую традиционно копируют множество раз, учёные построили материал из опорных балок разного размера, образующих связанную сеть. Работа опубликована в журнале Nature в открытом доступе; образцом для подхода послужили жилки листьев, сеть жилок крыльев стрекоз и связи в социальных сетях.

Для генерации структуры команда разработала алгоритм: он случайным образом наносит точки и проводит через них линии, последовательно уменьшая их толщину и длину. Меняя толщину начальной линии и скорость её уменьшения, исследователи получали широкий диапазон сетей и на симуляциях оценивали, как это влияет на жёсткость материала. Затем образцы примерно размером с банковскую карту напечатали на 3D-принтере из полимера; балки внутри варьировались от микрометров до сантиметров. В испытаниях — сдавливании с возрастающей силой и сбросе груза — сетчатые образцы оказались устойчивее к сжатию и ударам, чем обычные решётчатые и сотовые метаматериалы.

Автор работы Карлос Портела, доцент машиностроения MIT, связывает это с обилием масштабов: при разрушении одного участка окружающая сеть препятствует катастрофическому отказу материала, распределяя повреждения и поглощая энергию. В отдельной демонстрации исследователи сделали материал с более плотной сетью по краям, вдохновлённый коркой помело, и показали, что он защищает хрупкий объект в центре. Материаловед Тянь «Тим» Чэнь из Имперского колледжа Лондона, не участвовавший в работе, назвал исследование основой для материалов с характеристиками, меняющимися в очень широком диапазоне. Работу частично поддержала программа DMREF Национального научного фонда США.