Twee Leidse onderzoekers hebben een blok rubber ontwikkeld dat kan tellen. Wanneer je op het blok drukt, verandert de interne structuur stapsgewijs. Zo telt het blok hoe vaak er al op gedrukt is. Zogenoemde metamaterialen als deze kun je terugvinden in onder andere de ruimtevaart.

Een hol blok rubber ter grootte van een half brood met daarin 22 spijltjes: op het eerste gezicht lijkt het geen grote wetenschappelijke doorbraak. Maar door op het blok te duwen, verandert er iets aan de spijltjes. In de beginpositie staat alleen het linkerspijltje naar rechts en de rest naar links, maar bij elke keer induwen bolt er een extra spijltje naar rechts. Zo houdt het blok bij hoe vaak er op gedrukt is. In feite heeft het materiaal een geheugen.

Die speciale eigenschap maakt het blok tot een zogeheten metamateriaal. Een metamateriaal is een materiaal met extra eigenschappen die in de natuur niet voorkomen. Zo heeft dit tellende blok rubber alle eigenschappen van rubber, maar daarbovenop kan het nog meer. Het blok is ontwikkeld door natuurkundigen Martin van Hecke, bekend van een vouwbaar metamateriaal, en Lennard Kwakernaak, beide van de Universiteit Leiden. Het blok is gemaakt door een mal te printen met een 3D-printer en die te vullen met gesmolten rubber.

‘Fossiele samenwerking is nodig voor een snelle energietransitie’
LEES OOK

‘Fossiele samenwerking is nodig voor een snelle energietransitie’

Universiteiten moeten hun samenwerking met de fossiele industrie niet stopzetten, vindt scheikundige Marc Koper. Dat vertraagt de energietransitie.

Geheugen

Eigenlijk hebben heel veel materialen een geheugen. Als je een vel papier tot een prop maakt, ligt er in de vouwen van het blaadje opgeslagen hoe je dat precies hebt gedaan. Maar het is heel lastig om naar een stuk papier te kijken en in een keer te zien ‘Ah, daar is het blaadje gedraaid en toen is er vanaf daar die kant op geduwd.’

Dat ligt anders bij dit blok rubber. Door te kijken naar welke kant de spijltjes gebogen staan, kun je haast in een oogopslag zien hoe vaak iemand erop geduwd heeft. Door te variëren in de afstanden tussen en diktes van de spijltjes kun je zelfs nog verder gaan. Als je spijltjes die omklappen bij een klein beetje druk combineert met spijltjes die omgaan bij veel druk, kun je zie hoe vaak er hard of zacht is geknepen.

Toepassingen

Door de hoeveelheid druk die bakjes nodig hebben om de andere kant op te gaan staan te variëren in hetzelfde stuk rubber, kun je ook een soort slot maken. Bij zo’n slot gaat het laatste balkje alleen om als je op de juiste volgorde hard en zacht duwt.

Lennard Kwakernaak toont het tellende blok rubber. Beeld: Universiteit Leiden.

Zo’n tellend blok rubber zou ook gebruikt kunnen worden in bijvoorbeeld een brug, waarbij er een spijltje omklapt elke keer als er een auto overheen rijdt. Andere metamaterialen hebben al hun nut bewezen in de ruimtevaart, in de vorm van zonnepanelen die als origami uit elkaar vouwen. En met behulp van deze origamitechniek kan een raket een zachte landing krijgen. 

Papier

Kwakernaak heeft het blok ontworpen met behulp van computermodellen en een fysiek blok, om uit te proberen wat wel en niet werkt. Het blijkt namelijk lastig om goed te kunnen voorspellen met een computer hoe de verschillende rubberen onderdelen in het echt gaan reageren. Zo hield een prototype van het tellende blok op een gegeven moment op met tellen. De oplossing? Aan een kant een blaadje papier onder het blokje schuiven. Met alleen modelleren was die oplossing er waarschijnlijk nooit gekomen.

Het ontwerp van de dikke en dunne spijltjes lijkt dus simpel, maar is eigenlijk erg complex. Zo moeten sommige hoekjes afgerond zijn, en anderen juist weer recht om het gewenste gedrag te krijgen. Wie dat zelf wil zien, kan op Instructables de instructies van Kwakernaak volgen. En wanneer het blok rubber eenmaal telt, is het ook van belang te weten waarom het nou telt, om lessen te kunnen trekken voor het volgende metamateriaal. 

Voor Kwakernaak is de volgende stap een ontwerp dat niet in een, maar in twee dimensies kan tellen. Niet alleen van links naar rechts, maar ook van boven naar beneden. Dat wil hij klaarspelen met draaiende onderdelen.