Non-periodic pattern-forming metamaterials: Modular design and fabrication
Project goals
Mechanical metamaterials are the most convincing example of a bottom-up paradigm for the design of engineering materials, in which unprecedented macroscopic properties emerge from the collective response of carefully architectured microstructures. The major bottleneck in currently used metamaterials that exhibit reversible pattern formation is a microstructure periodicity. This project explores the framework of non-periodic tilings, in which material microstructures arise from a compatible assembly of a handful of jigsaw puzzle-like material modules. Successful application requires (i) new generalized continuum theories for understanding the emergent behavior of metamaterials with non-uniform microstructures, (ii) novel algorithms for the simultaneous optimum design of tiles and their assemblies, (iii) validation studies performed on optimized assemblies, and (iv) investigation of mechanisms for targeted self-assembly based on passive interface interactions. The merits of non-periodic modular design will be illustrated with two proof-of-concept demonstrators.
Keywords
mechanical metamaterialsinstability-driven pattern formationWang tilingsgeneralized continuum theoriesmodular-topology optimizationself-assembly
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Grant projects of excellence in basic research EXPRO
Call for proposals
Grantové projekty excelence v základním výzkumu EXPRO (SGA0201900004)
Main participants
České vysoké učení technické v Praze / Fakulta stavební
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
19-26143X
Alternative language
Project name in Czech
Neperiodické materiály vykazující strukturované deformace: Modulární návrh a výroba
Annotation in Czech
Mechanické metamateriály reprezentují jednu z nepřesvědčivějších aplikací návrhu inženýrských materiálů na základě paradigmatu ,,zespoda nahoru". Tento přístup umožňuje dosažení neobvyklých makroskopických vlastností na základě společné odezvy cíleně navržených mikrostruktur. Pro již používané metamateriály vykazující vratné strukturované deformace je významným omezením periodicita mikrostruktury. V tomto projektu prozkoumáme využití neperiodických dláždění, která pracují s materiálovými mikrostrukturami vzniklými poskládáním materiálových modulů majících podobný charakter jako skládačka puzzle. Úspěšné aplikace tohoto přístupu vyžadují (i) nové zobecněné teorie kontinua, které umožní pochopit celkové chování metamateriálů s nepravidelnou mikrostrukturou, (ii) inovativní algoritmy pro optimální návrh dlaždic a jejich rozložení, (iii) validační studie pro optimalizovaná dláždění a (iv) studium mechanismů pro cílené samoskládání založené na pasivních interakcích mezi dlaždicemi. Výhody neperiodického modulárního návrhu budou ilustrovány pomocí dvou koncepčních demonstrátorů.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
OECD FORD - main branch
10201 - Computer sciences, information science, bioinformathics (hardware development to be 2.2, social aspect to be 5.8)
OECD FORD - secondary branch
20501 - Materials engineering
OECD FORD - another secondary branch
20505 - Composites (including laminates, reinforced plastics, cermets, combined natural and synthetic fibre fabrics; filled composites)
AF - Documentation, librarianship, work with information
BC - Theory and management systems
BD - Information theory
IN - Informatics
JG - Metallurgy, metal materials
JI - Composite materials
JP - Industrial processes and processing
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2019
Realization period - end
Jun 30, 2024
Project status
—
Latest support payment
Apr 1, 2024
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP25-GA0-GX-R
Data delivery date
Mar 12, 2025
Finance
Total approved costs
45,562 thou. CZK
Public financial support
45,562 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
45 562 CZK thou.
Public support
45 562 CZK thou.
100%
Provider
Czech Science Foundation
OECD FORD
Computer sciences, information science, bioinformathics (hardware development to be 2.2, social aspect to be 5.8)
Solution period
01. 01. 2019 - 30. 06. 2024