Mechanical metamaterial
यांत्रिक मेटामेट्रियल्स कृत्रिम संरचनाएँ हैं जिनमें यांत्रिक गुण उनकी संरचना के बजाय उनकी संरचना द्वारा परिभाषित किए जाते हैं। उन्हें ऑप्टिकल मेटामेट्रियल्स के अपेक्षाकृत प्रसिद्ध परिवार के समकक्ष के रूप में देखा जा सकता है। इन्हें अक्सर इलास्टोडायनामिक मेटामेट्रियल्स भी कहा जाता है और इसमें ध्वनिक मेटामेट्रियल्स को गायब होने वाले कतरनी के एक विशेष मामले के रूप में शामिल किया जाता है। उनके यांत्रिक गुणों को ऐसे मूल्यों के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है जो प्रकृति में नहीं पाए जा सकते हैं। यांत्रिक मेटामेट्रियल्स के उदाहरण ध्वनिक/ध्वन्यात्मक मेटामेट्रियल्स ध्वनिक या ध्वन्यात्मक मेटामेट्रियल्स ध्वनिक गुणों को प्रदर्शित कर सकते हैं जो प्रकृति में नहीं पाए जाते हैं, जैसे कि नकारात्मक प्रभावी थोक मापांक, नकारात्मक प्रभावी द्रव्यमान घनत्व, या दोहरी नकारात्मकता। वे ध्वनिक उप-तरंग दैर्ध्य इमेजिंग, सुपरलेंसिंग, नकारात्मक अपवर्तन या परिवर्तन ध्वनिकी जैसे (ज्यादातर अभी भी विशुद्ध रूप से वैज्ञानिक) अनुप्रयोगों में उपयोग पाते हैं। नकारात्मक पॉइसन अनुपात (ऑक्सेटिक्स) पॉइसन अनुपात वाली सामग्री परिभाषित करती है कि अनुदैर्ध्य रूप से संपीड़ित होने पर कोई सामग्री कैसे फैलती है (या सिकुड़ती है)। जबकि अधिकांश प्राकृतिक पदार्थों में पॉइसन का अनुपात सकारात्मक होता है (हमारे सहज विचार के साथ मेल खाता है कि किसी सामग्री को संपीड़ित करने से इसे ऑर्थोगोनल दिशा में विस्तार करना चाहिए), ऑक्सेटिक सामग्री के रूप में जानी जाने वाली चरम सामग्री का एक परिवार शून्य से नीचे पॉइसन का अनुपात प्रदर्शित कर सकता है। इनके उदाहरण प्रकृति में पाए जा सकते हैं, या मनगढ़ंत, और अक्सर एक कम मात्रा वाली सूक्ष्म संरचना होती है जो थोक सामग्री को चरम गुण प्रदान करती है। नकारात्मक पॉइसन अनुपात (उल्टे षट्कोणीय आवधिकता कोशिका) वाले यौगिकों के सरल डिजाइन 1985 में प्रकाशित किए गए थे। इसके अलावा, कुछ ओरिगामी फोल्ड जैसे कि मिउरा फोल्ड और, सामान्य रूप से, ज़िगज़ैग-आधारित फोल्ड भी नकारात्मक पॉइसन अनुपात प्रदर्शित करने के लिए जाने जाते हैं। नकारात्मक अनुदैर्ध्य और आयतन संपीड़नशीलता संक्रमण के साथ चयापचय संतुलन में एक बंद ऊष्मागतिकीय प्रणाली में, स्थिरता बाधाओं के कारण अनुदैर्ध्य और आयतन संपीड़नशीलता दोनों अनिवार्य रूप से गैर-नकारात्मक हैं। इस कारण से, जब तनाव होता है, तो साधारण पदार्थ लागू बल की दिशा में फैलते हैं। हालाँकि, यह दिखाया गया है कि मेटामेट्रियल्स को नकारात्मक संपीड़नशीलता संक्रमणों को प्रदर्शित करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, जिसके दौरान तनाव होने पर सामग्री संकुचन से गुजरती है (या दबाव पड़ने पर विस्तार)। जब आइसोट्रोपिक तनाव के अधीन होते हैं, तो ये मेटामेट्रियल्स नकारात्मक वॉल्यूमेट्रिक संपीड़नशीलता संक्रमण भी प्रदर्शित करते हैं। मेटामेट्रियल्स के इस वर्ग में, नकारात्मक प्रतिक्रिया लागू बल की दिशा के साथ होती है, जो इन सामग्रियों को उन लोगों से अलग करती है जो नकारात्मक पारगमन प्रतिक्रिया प्रदर्शित करते हैं (जैसे कि नकारात्मक पॉइसन के अनुपात के अध्ययन में)। पेंटामोड मेटामेट्रियल्स या मेटा-फ्लूइड्स एक पेंटामोड मेटामेट्रियल्स एक कृत्रिम त्रि-आयामी संरचना है जो ठोस होने के बावजूद आदर्श रूप से एक तरल पदार्थ की तरह व्यवहार करती है। इस प्रकार, इसका एक सीमित बल्क है लेकिन गायब होने वाला अपरूपण मापांक है, या दूसरे शब्दों में इसे संपीड़ित करना मुश्किल है लेकिन विकृत करना आसान है। अधिक गणितीय तरीके से बोलते हुए, पेंटामोड मेटामेट्रियल्स में केवल एक गैर-शून्य आइगेनवैल्यू और पांच (पेंटा) गायब होने वाले आइगेनवैल्यू के साथ एक लोचदार टेंसर होता है। पेंटामोड संरचनाओं को 1995 में ग्रीम मिल्टन और आंद्रेज चेरकेव द्वारा सैद्धांतिक रूप से प्रस्तावित किया गया है, लेकिन 2012 की शुरुआत तक उनका निर्माण नहीं किया गया है। सिद्धांत के अनुसार, पेंटामोड मेटामेट्रियल्स का उपयोग पूरी तरह से मनमाने लोचदार गुणों वाली सामग्री के लिए निर्माण खंड के रूप में किया जा सकता है। पेंटामोड संरचनाओं के अनिसोट्रोपिक संस्करण परिवर्तन इलास्टोडायनामिक्स और इलास्टोडायनामिक क्लोकिंग के लिए एक उम्मीदवार हैं। कॉसेरैट और माइक्रोपोलर मेटामेट्रियल्स बहुत बार कॉची लोच यांत्रिक मेटामेट्रियल्स के प्रभावी व्यवहार का वर्णन करने के लिए पर्याप्त है। जब विशिष्ट मेटामेट्रियल्स की इकाई कोशिकाएं सेंट्रोसिमेट्रिक नहीं होती हैं तो यह दिखाया गया है कि कायरल माइक्रोपोलर लोच (या कोसेरेट) का उपयोग करके एक प्रभावी विवरण की आवश्यकता थी। माइक्रोपोलर लोच स्थैतिक मामले में स्वतंत्रता के अनुवाद और घूर्णन डिग्री के युग्मन को जोड़ती है और ऑप्टिकल गतिविधि के बराबर व्यवहार दिखाती है। विलिस सामग्री 2006 में मिल्टन, ब्रायन और विलिस ने दिखाया कि रैखिक इलास्टोडायनामिक्स का सही अपरिवर्तनीय रूप मूल रूप से 1970 के दशक के अंत और 1980 के दशक की शुरुआत में विलिस द्वारा प्रस्तावित समीकरणों का स्थानीय समूह है, जो असमरूप पदार्थों के इलास्टोडायनामिक्स का वर्णन करने के लिए है। इसमें तनाव, तनाव और वेग के बीच और गति, तनाव और वेग के बीच स्पष्ट रूप से असामान्य (लोचदार पदार्थों में) युग्मन शामिल है। नेवियर के समीकरणों की अपरिवर्तनीयता परिवर्तन सिद्धांत के तहत हो सकती है, लेकिन गैर-सममित तनाव वाली सामग्री की आवश्यकता होगी, इसलिए ऊपर उल्लिखित कोसेरेट सामग्री में रुचि होगी। शरीर के टोक़ के वितरण के साथ ध्रुवीय सामग्री के साथ एक इलास्टोस्टेटिक लबादा जो तनाव समरूपता को तोड़ता है, बनाया गया और सफलतापूर्वक परीक्षण किया गया। इस सिद्धांत को नॉरिस और शुवालोव द्वारा पेपर में और नींव दी गई थी। इन शोधपत्रों के आधार पर रैखिक लोच के लिए निकट आवरण का एक गणितीय सिद्धांत विकसित किया गया है। 2021 में प्रस्तावित मेटा-ट्राइबोमटेरियल्स आंतरिक संवेदन और ऊर्जा संचयन कार्यक्षमताओं के साथ बहु-कार्यात्मक यांत्रिक मेटामेट्रियल्स का एक नया वर्ग है। ये सामग्री प्रणालियाँ बारीक रूप से तैयार और स्थलाकृतिक रूप से अलग ट्राइबोइलेक्ट्रिक सूक्ष्म संरचनाओं से बनी हैं। मेटा-ट्राइबोमटेरियल्स, उर्फ। स्व-जागरूक मिश्रित यांत्रिक मेटामेट्रियल्स, सीधे अपने परिचालन वातावरण के बारे में जानकारी एकत्र करने के लिए नैनोजनरेटर और संवेदी मीडिया के रूप में काम कर सकते हैं। वे स्वाभाविक रूप से शास्त्रीय यांत्रिक मेटामेट्रियल्स द्वारा प्रदान किए गए उन्नत यांत्रिक गुणों को विरासत में प्राप्त करते हैं। यांत्रिक उत्तेजनाओं के तहत, मेटा-ट्राइबोमटेरियल्स विद्युत संकेत उत्पन्न करते हैं जिनका उपयोग सक्रिय संवेदन और संवेदक और एम्बेडेड इलेक्ट्रॉनिक्स को सशक्त बनाने के लिए किया जा सकता है। इलेक्ट्रॉनिक मैकेनिकल मेटामेट्रियल्स इलेक्ट्रॉनिक मैकेनिकल मेटामेट्रियल्स डिजिटल कंप्यूटिंग और सूचना भंडारण क्षमताओं के साथ सक्रिय मैकेनिकल मेटामेट्रियल्स हैं। उन्होंने 2023 में प्रस्तावित मेटा-मेकानोट्रॉनिक्स (मैकेनिकल मेटामेटेरियल इलेक्ट्रॉनिक्स) के एक नए वैज्ञानिक क्षेत्र की नींव रखी है। ये सामग्री प्रणालियाँ एक उन्नत प्रकार की मेटा-ट्राइबोमटेरियल्स हैं जो यांत्रिक मेटामेट्रियल्स, डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स और नैनो ऊर्जा संचयन को एकीकृत करने के माध्यम से बनाई गई हैं। ट्राइबोइलेक्ट्रिक, पीजोइलेक्ट्रिक, पायरोइलेक्ट्रिक) प्रौद्योगिकियां। वे बाहरी उत्तेजनाओं, आत्म-शक्ति को महसूस कर सकते हैं और एक एकीकृत बंद-लूप नियंत्रण प्रणाली बनाने के लिए जानकारी को संसाधित कर सकते हैं। इलेक्ट्रॉनिक मैकेनिकल मेटामेट्रियल्स को डिजिटल लॉजिक गेट्स, यानी AND, OR, XOR, NAND, NOR, और XNOR, या मैकेनिकल-रेस्पॉन्सिव डेटा स्टोरेज डिवाइस के रूप में डिज़ाइन किया जा सकता है। इस प्रकार, वे संभावित रूप से भविष्य के मैकेनिकल मेटामेटेरियल कंप्यूटर (एम. एम. सी.) के विकास की ओर ले जा सकते हैं, जो मैकेनिकल मेटामेट्रियल्स से बने इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक्स के पूरक हैं। इस तरह की कंप्यूटिंग मेटामेटेरियल प्रणालियाँ अत्यधिक भार और कठोर वातावरण में विशेष रूप से उपयोगी हो सकती हैं (जैसे। उच्च दबाव, उच्च/निम्न तापमान और विकिरण जोखिम) जहां पारंपरिक अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक्स अपने डिज़ाइन किए गए तार्किक कार्यों को बनाए नहीं रख सकते हैं। हाइपरलास्टिक क्लोकिंग और इनवेरियंस गैर-सममित तनाव प्राप्त करने के लिए एक अन्य तंत्र पूर्व-तनावग्रस्त हाइपरलास्टिक सामग्री और "बड़े पर छोटे" के सिद्धांत को नियोजित करना है, अर्थात। पूर्व-तनावग्रस्त अरैखिक मीडिया के माध्यम से लोचदार तरंग प्रसार। प्रोसीडिंग्स ऑफ द रॉयल सोसाइटी ए में 2012 में लिखे गए दो शोध पत्रों ने तथाकथित हाइपरलास्टिक क्लोकिंग और इनवेरियंस के इस सिद्धांत को स्थापित किया और तब से लोचदार तरंग क्लोकिंग और ध्वन्यात्मक मीडिया के सहयोग से कई तरीकों से नियोजित किया गया है। संदर्भ मेटामेट्रियल्स